Darmmikrobiom: Einfluss auf Bioverfügbarkeit, Stoffwechsel und Resorption von Mikronährstoffen

Das Darmmikrobiom (Gesamtheit der intestinalen Mikroorganismen sowie ihrer Gene und Stoffwechselaktivitäten) beeinflusst die Freisetzung, chemische Umwandlung, Resorption (Aufnahme) und weitere Verstoffwechselung von Mikronährstoffen. Darmmikroorganismen können Bestandteile der Lebensmittelmatrix abbauen, Vitamine synthetisieren, Mineralstoffe binden und sekundäre Pflanzenstoffe in resorbierbare Metaboliten umwandeln. Umgekehrt beeinflusst die Versorgung mit Vitaminen, Mineralstoffen und Spurenelementen die Zusammensetzung und Funktion der Darmmikrobiota (Gesamtheit der im Darm lebenden Mikroorganismen) [1, 2].

Die mikrobielle Besiedlungsdichte ist im Kolon (Dickdarm) wesentlich höher als im Dünndarm. Im gesunden Dünndarm begrenzen Magensäure, Pankreas- und Gallensekretion, intestinale Motilität, die Ileozökalklappe (Klappe zwischen Dünn- und Dickdarm) sowie lokale Immunmechanismen die bakterielle Vermehrung. Werden diese Schutzmechanismen beeinträchtigt, kann sich eine bakterielle Fehlbesiedlung des Dünndarms (small intestinal bacterial overgrowth; SIBO) entwickeln. Diese kann die Verdauung und Resorption von Nährstoffen klinisch relevant beeinträchtigen [8, LL1, LL3].

Mikrobielle Fermentation und kurzkettige Fettsäuren

Nicht oder unvollständig im Dünndarm verdaute Kohlenhydrate, insbesondere fermentierbare Ballaststoffe und resistente Stärke, gelangen in den Dickdarm und werden dort mikrobiell fermentiert. Dabei entstehen kurzkettige Fettsäuren, vor allem Acetat, Propionat und Butyrat [3].

Kurzkettige Fettsäuren senken den pH-Wert im Dickdarmlumen und können dadurch die Löslichkeit einzelner Mineralstoffe verändern. Für Calcium, Magnesium und Eisen wurden entsprechende Effekte insbesondere in experimentellen Untersuchungen beschrieben. In welchem Umfang diese Mechanismen beim Menschen zur systemischen Mineralstoffversorgung beitragen, ist jedoch nicht verlässlich quantifizierbar. Die Wirkung hängt unter anderem von der Substratverfügbarkeit, der Zusammensetzung der Darmmikrobiota, dem intestinalen Abschnitt und der dort vorhandenen Resorptionskapazität ab [1, 2].

Butyrat ist ein wichtiger Energieträger der Kolonozyten (Epithelzellen des Dickdarms) und unterstützt die Aufrechterhaltung der epithelialen Barriere sowie der lokalen Immunhomöostase (Gleichgewicht der Immunreaktionen). Diese Wirkungen fördern die funktionelle Stabilität der Darmschleimhaut, erlauben jedoch keine unmittelbare Vorhersage der Bioverfügbarkeit eines bestimmten Mikronährstoffs [3].

Mikrobielle Synthese und Nutzung von Vitaminen

Verschiedene Darmbakterien verfügen über Stoffwechselwege zur Synthese von Menaquinonen (Vitamin-K2-Verbindungen) sowie mehrerer Vitamine der B-Gruppe. Dazu gehören unter anderem Folsäure, Biotin, Riboflavin und Vitamin B6 [1, 2].

Aus dem Nachweis einer mikrobiellen Vitaminsynthese lässt sich jedoch nicht unmittelbar eine klinisch relevante Versorgung des Wirts ableiten. Entscheidend sind die gebildete Vitaminform, die Produktionsmenge, der Ort der Synthese und die dort vorhandene Resorptionskapazität. Der quantitative Beitrag mikrobiell gebildeter Vitamine zum menschlichen Mikronährstoffstatus ist für viele Vitamine nicht abschließend geklärt [1, 2].

Einige Darmmikroorganismen synthetisieren Corrinoide (strukturell mit Vitamin B12 verwandte Verbindungen), zu denen auch für den Menschen nicht verwertbare Vitamin-B12-Analoga gehören. Die mikrobielle Synthese kann daher eine unzureichende alimentäre Vitamin-B12-Zufuhr nicht kompensieren [1, 2].

Bei einer SIBO können Mikroorganismen verfügbares Vitamin B12 bereits im Dünndarmlumen aufnehmen und verstoffwechseln, bevor der Vitamin-B12-Intrinsic-Factor-Komplex im terminalen Ileum (letzter Abschnitt des Dünndarms) resorbiert wird. Bei ausgeprägter und länger bestehender Fehlbesiedlung kann dieser Mechanismus zu einem Vitamin-B12-Mangel beitragen [7, 8, LL1, LL3].

Einfluss auf Mineralstoffe und Spurenelemente

Das Darmmikrobiom kann die Bioverfügbarkeit von Mineralstoffen und Spurenelementen durch mehrere Mechanismen beeinflussen:

• Veränderung des luminalen pH-Werts und damit der Löslichkeit ionischer Verbindungen
• Bildung organischer Säuren und mikrobieller Bindungsmoleküle
• Abbau oder Veränderung pflanzlicher Inhaltsstoffe, die Mineralstoffe komplexieren
• Mikrobielle Aufnahme und Nutzung von Eisen, Zink und weiteren Spurenelementen
• Beeinflussung epithelialer Transportwege und der intestinalen Barriere

Die Nettoauswirkung kann je nach Mineralstoff, mikrobieller Zusammensetzung, Ernährung und intestinalem Milieu resorptionsfördernd oder -hemmend sein. Insbesondere bei Eisen besteht eine Konkurrenz zwischen dem Wirt und eisenabhängigen Mikroorganismen. Gleichzeitig können mikrobielle Stoffwechselprodukte die Löslichkeit und chemische Form von Eisenverbindungen verändern. Aus der Zusammensetzung der Darmmikrobiota lässt sich daher nicht zuverlässig auf die individuelle Eisenresorption oder den systemischen Eisenstatus schließen [1, 2].

Mikrobieller Gallensäurestoffwechsel

Darmbakterien sind an der Dekonjugation (Abspaltung der gebundenen Aminosäure) und weiteren Umwandlung primärer Gallensäuren beteiligt. Diese Prozesse erfolgen unter physiologischen Bedingungen überwiegend im distalen Dünndarm und im Dickdarm und tragen zur Bildung sekundärer Gallensäuren bei.

Bei einer bakteriellen Fehlbesiedlung des proximalen Dünndarms können Gallensäuren vorzeitig dekonjugiert werden. Dadurch sinkt die Konzentration funktionsfähiger konjugierter Gallensäuren, die für die Bildung gemischter Mizellen (kleine Transportverbände aus Gallensäuren und Lipidbestandteilen) erforderlich sind. Die Folgen können eine verminderte Fettresorption, Steatorrhoe und eine eingeschränkte Resorption der fettlöslichen Vitamine A, D, E und K sein [7, 8, LL1, LL3].

Umwandlung sekundärer Pflanzenstoffe

Ein erheblicher Anteil der aufgenommenen Polyphenole wird im oberen Gastrointestinaltrakt nicht vollständig resorbiert. Im Dickdarm können mikrobielle Enzyme diese Verbindungen in kleinere phenolische Metaboliten umwandeln, die teilweise besser resorbierbar sind und andere biologische Wirkungen als ihre Ausgangsverbindungen besitzen [4].

Beispiele sind die Bildung von Urolithinen aus Ellagitanninen sowie die mikrobielle Umwandlung von Isoflavonen und Lignanen. Da nur bestimmte mikrobielle Gemeinschaften über die hierfür erforderlichen Enzyme verfügen, entstehen interindividuell unterschiedliche metabolische Phänotypen. Das Darmmikrobiom trägt damit zur individuellen Variabilität der Bioverfügbarkeit und biologischen Wirkung sekundärer Pflanzenstoffe bei [4].

Dysbiose und klinische Mikrobiomdiagnostik

Als Dysbiose wird eine qualitative oder quantitative Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaft bezeichnet, die mit einem Verlust funktioneller Stabilität verbunden sein kann. Der Begriff beschreibt jedoch keinen einheitlich definierten diagnostischen Befund. Eine allgemeingültige Zusammensetzung eines gesunden Darmmikrobioms und verbindliche diagnostische Grenzwerte für eine Dysbiose sind bislang nicht etabliert [5].

Stuhluntersuchungen erfassen überwiegend Mikroorganismen und mikrobielle Bestandteile aus dem Dickdarmlumen. Sie bilden die Besiedlungsverhältnisse des Dünndarms nur unzureichend ab und erlauben keine zuverlässige Quantifizierung der individuellen Mikronährstoffresorption. Kommerzielle Mikrobiomanalysen sind daher derzeit nicht geeignet, alleinige Grundlage für die Diagnose einer Dysbiose, die Auswahl von Nahrungsergänzungsmitteln oder eine individualisierte Mikronährstofftherapie zu sein [5].

Bakterielle Fehlbesiedlung des Dünndarms

Die bakterielle Fehlbesiedlung des Dünndarms ist durch eine übermäßige Anzahl oder eine veränderte Zusammensetzung von Bakterien im Dünndarm in Verbindung mit gastrointestinalen Symptomen gekennzeichnet. Typische Beschwerden sind Meteorismus (Blähungen), abdominelle Schmerzen (Bauchschmerzen), Diarrhoe (Durchfall) oder wechselnde Stuhlgewohnheiten. Bei ausgeprägten oder länger bestehenden Verlaufsformen können Malassimilation (unzureichende Verdauung und Aufnahme von Nährstoffen), Gewichtsverlust und Mikronährstoffdefizite auftreten [6-8, LL1, LL3].

Von der bakteriellen Fehlbesiedlung wird die intestinale methanogene Überwucherung abgegrenzt. Methan wird nicht von Bakterien, sondern von Archaeen (eigenständige Gruppe einzelliger Mikroorganismen) gebildet. Methanogene Archaeen können sowohl im Dünn- als auch im Dickdarm vermehrt vorkommen. Eine intestinale methanogene Überwucherung ist häufiger mit Obstipation (Verstopfung) und einem verlangsamten intestinalen Transit verbunden [LL3].

Mechanismen der SIBO-bedingten Malabsorption

Ein erniedrigter Vitamin-B12-Status bei normaler oder erhöhter Folsäurekonzentration gilt als klassisch beschriebenes, jedoch weder obligates noch diagnostisch spezifisches Muster. Defizite fettlöslicher Vitamine treten vor allem bei länger bestehender und klinisch relevanter Fettmalabsorption auf. Bei leichten oder intermittierenden Formen der SIBO fehlen biochemisch nachweisbare Mikronährstoffdefizite häufig [6-8, LL1-LL3].

In einer Beobachtungsstudie mit 67 Patienten waren kombinierte wasserstoff- und methanpositive Atemtestbefunde mit niedrigeren Vitamin-D- und Ferritinkonzentrationen assoziiert. Eine methanpositive Konstellation war mit höheren Folsäurekonzentrationen verbunden. Ein konsistenter Zusammenhang mit einem Vitamin-B12-Mangel wurde nicht nachgewiesen. Aufgrund des Beobachtungsdesigns, der geringen Fallzahl und der untersuchten Untergruppen sind diese Ergebnisse als hypothesengenerierend einzuordnen [6].

Prädisponierende Faktoren für eine SIBO

Eine bakterielle Fehlbesiedlung des Dünndarms entsteht meist sekundär bei einer Beeinträchtigung physiologischer Schutzmechanismen. Zu den relevanten Risikokonstellationen gehören:

• Motilitätsstörungen bei diabetischer autonomer Neuropathie (durch Diabetes verursachte Schädigung der Nerven, die unwillkürliche Körperfunktionen wie Verdauung, Herzschlag und Blutdruck steuern), systemischer Sklerose (seltene Autoimmunerkrankung mit Verhärtung des Bindegewebes, die Haut und innere Organe betreffen kann) oder intestinaler Pseudoobstruktion (Zeichen eines Darmverschlusses ohne mechanisches Hindernis)
• Anatomische Stase bei Dünndarmdivertikeln (Stau des Darminhalts in sackförmigen Ausstülpungen des Dünndarms), Blindschlingen, Stenosen (Verengungen) oder nach gastrointestinalen Operationen
• Verlust oder Funktionsstörung der Ileozökalklappe (Klappe zwischen Dünndarm und Dickdarm)
• Ausgeprägte Hypochlorhydrie (verminderte Magensäurebildung) oder Achlorhydrie (fehlende Magensäurebildung)
• Veränderte gastrointestinale Anatomie nach Magen- oder Dünndarmoperationen
• Exokrine Pankreasinsuffizienz (unzureichende Bildung und Abgabe von Verdauungsenzymen durch die Bauchspeicheldrüse)
• Erhebliche Störungen der Gallensäuresekretion oder des enterohepatischen Kreislaufs
• Lang anhaltende Störungen der Dünndarmmotilität

Bei diesen Konstellationen können mehrere Ursachen einer Malassimilation (unzureichende Verdauung und Aufnahme von Nährstoffen) gleichzeitig vorliegen. Ein Mikronährstoffmangel darf daher nicht ausschließlich einer SIBO zugeschrieben werden, ohne Magensäuresekretion, Pankreasfunktion, Gallensäureverfügbarkeit, Dünndarmschleimhaut, Ernährungszufuhr und mögliche Resektionsfolgen zu berücksichtigen [8, LL1-LL3].

Diagnostische Einordnung

Symptome wie Meteorismus, abdominelle Beschwerden und veränderte Stuhlgewohnheiten sind unspezifisch. Auch ein Mikronährstoffmangel allein begründet keine SIBO-Diagnose.

Bei entsprechender klinischer Konstellation können Wasserstoff- und Methan-Atemtests mit Glucose oder Lactulose eingesetzt werden. Ihre diagnostische Aussagekraft wird durch die oro-zökale Transitzeit (Transportzeit vom Mund bis zum Blinddarm), die Wahl des Testsubstrats, die Patientenvorbereitung, die Messdauer und unterschiedliche Grenzwerte begrenzt. Ein positiver Atemtest ist daher stets im Zusammenhang mit den Beschwerden und prädisponierenden Faktoren zu bewerten [8, LL1, LL3].

Die mikrobiologische Untersuchung eines Dünndarmaspirats erlaubt eine direktere Erfassung der mikrobiellen Besiedlung, ist jedoch invasiv. Weitere Einschränkungen bestehen durch die Art der Probengewinnung, das Kontaminationsrisiko, eine möglicherweise ungleichmäßige Verteilung der Mikroorganismen im Dünndarm und nicht vollständig vereinheitlichte diagnostische Schwellenwerte [8, LL1, LL3].

Mikronährstoffmedizinische Konsequenzen

Bei klinisch relevanter SIBO, chronischer Diarrhoe, Steatorrhoe, Gewichtsverlust oder Hinweisen auf Malnutrition sollte eine gezielte ernährungsmedizinische Beurteilung erfolgen. Je nach klinischer Situation können folgende Untersuchungen sinnvoll sein:

• Blutbild, Ferritin und Transferrinsättigung (TfS)
• Vitamin B12 sowie bei unklaren Befunden Methylmalonsäure oder Holotranscobalamin
• Folsäure
• 25-Hydroxyvitamin-D (auch Calcifediol genannt)
• Bei Fettmalabsorption Vitamin A, Vitamin E und Gerinnungsparameter als indirekter Hinweis auf einen Vitamin-K-Mangel
• Bei entsprechender Risikokonstellation Magnesium, Zink, Kupfer und Selen
• Gewichtsverlauf, unbeabsichtigter Gewichtsverlust und aktuelle Nahrungsaufnahme
• Körperzusammensetzung, Muskelmasse und Muskelfunktion, sofern klinisch erforderlich

Albumin ist kein spezifischer Marker der Energie- oder Proteinversorgung. Seine Konzentration wird wesentlich durch Entzündung, Leberfunktion, Flüssigkeitshaushalt und Erkrankungsschwere beeinflusst und darf daher nur im klinischen Gesamtkontext interpretiert werden [LL2].

Nachgewiesene Mikronährstoffdefizite müssen parallel zur Abklärung und Behandlung der zugrunde liegenden Ursache ausgeglichen werden. Bei ausgeprägter Malabsorption kann eine orale Standarddosierung unzureichend sein. Dosierung, Präparateform, Applikationsweg und Verlaufskontrollen sind an Defizitausmaß, Resorptionsleistung und Grunderkrankung anzupassen. Eine pauschale hochdosierte Supplementierung ohne nachgewiesenen Mangel oder erhöhten Bedarf ist nicht gerechtfertigt [LL2].

Restriktive Ernährungsformen können gastrointestinale Beschwerden vorübergehend vermindern, beseitigen jedoch nicht zwangsläufig die Ursache der Fehlbesiedlung. Langfristige oder unsystematische Einschränkungen fermentierbarer Kohlenhydrate können die Zufuhr von Ballaststoffen, Vitaminen und Mineralstoffen reduzieren. Ernährungsinterventionen sollten deshalb zeitlich begrenzt, symptomorientiert und unter ernährungsmedizinischer Begleitung durchgeführt werden [7, LL2].

Fazit

Das Darmmikrobiom ist ein funktioneller Bestandteil der gastrointestinalen Verarbeitung von Vitaminen, Mineralstoffen, Spurenelementen und sekundären Pflanzenstoffen. Es beeinflusst die Freisetzung von Nahrungsbestandteilen, mikrobielle Syntheseprozesse, das intestinale Milieu, den Gallensäurestoffwechsel und die Bildung resorbierbarer bzw. bioaktiver Metaboliten.

Für viele dieser Zusammenhänge liegen überwiegend mechanistische, experimentelle oder beobachtende Daten vor. Die Zusammensetzung des Stuhlmikrobioms erlaubt daher keine zuverlässige Vorhersage der individuellen Mikronährstoffresorption oder des systemischen Mikronährstoffstatus.

Eine besondere klinische Relevanz besteht, wenn die mikrobielle Besiedlung des Dünndarms verändert ist und mit Malassimilation, gestörter Gallensäurefunktion, Beeinträchtigung der Dünndarmschleimhaut oder verändertem intestinalem Transit einhergeht. Bei einer ausgeprägten SIBO können insbesondere Vitamin B12 und bei Fettmalabsorption die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K betroffen sein. Die Befunde sind jedoch heterogen und müssen gemeinsam mit der Ernährungszufuhr, den Grunderkrankungen und weiteren gastrointestinalen Einflussfaktoren beurteilt werden [1, 2, 5-8, LL1-LL3].

Literatur

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2. Hadadi N, Berweiler V, Wang H, Trajkovski M: Intestinal microbiota as a route for micronutrient bioavailability. Curr Opin Endocr Metab Res. 2021;20:100285. doi: 10.1016/j.coemr.2021.100285.
3. Mann ER, Lam YK, Uhlig HH: Short-chain fatty acids: linking diet, the microbiome and immunity. Nat Rev Immunol. 2024;24(8):577-595. doi: 10.1038/s41577-024-01014-8.
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Leitlinien

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2. Lenti MV, Hammer HF, Tacheci I et al.: European Consensus on Malabsorption – UEG & SIGE, LGA, SPG, SRGH, CGS, ESPCG, EAGEN, ESPEN, and ESPGHAN: Part 2: Screening, Special Populations, Nutritional Goals, Supportive Care, Primary Care Perspective. United European Gastroenterol J. 2025 Jun;13(5):773-797. doi: 10.1002/ueg2.70011.
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