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Selbstregulation des Darms Gesunde Verdauung – eine Frage der Fließgeschwindigkeit

Quelle: Pressemitteilung Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS)

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Alles was wir Essen landet wenige Stunden später in unserem Darm und wird dort von wertvollen Nährstoffen befreit. Wie gut unser Verdauungsapparat funktioniert, hängt dabei auch von der Strömungsgeschwindigkeit im Darm ab. Sie hat einer neuen Studie zufolge Auswirkungen auf das Bakterienwachstum und die Nährstoffaufnahme.

Die Fließgeschwindigkeit im Darm reguliert die Nährstoffaufnahme und das Bakterienwachstum. In einem komplexen Rückkopplungsmechanismus kann der Darm die Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Nährstoffverfügbarkeit regulieren.
Die Fließgeschwindigkeit im Darm reguliert die Nährstoffaufnahme und das Bakterienwachstum. In einem komplexen Rückkopplungsmechanismus kann der Darm die Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Nährstoffverfügbarkeit regulieren.
(Bild: MPI-DS / Sara Gabrielli)

Göttingen, München – Der menschliche Darm ist etwa sieben Meter lang; Nahrung braucht ungefähr acht Stunden, bis sie während der Verdauung den Dünndarm passiert hat. In dieser Zeit werden die Nährstoffe durch die vergrößerte Oberfläche des Darms absorbiert. Gleichzeitig nehmen nützliche, an der Verdauung beteiligte Bakterien im Darm Nährstoffe aus der passierten Nahrung auf.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) und der Technischen Universität München (TUM) haben nun gezeigt, dass Nährstoffaufnahme und Bakterienzahl direkt an die Strömungsgeschwindigkeit im Darm gekoppelt sind: Bei hohen Geschwindigkeiten wird das Bakterienwachstum eingedämmt, gleichzeitig verschlechtert sich aber auch die Nährstoffaufnahme in den Darm. Im Gegensatz dazu kann eine niedrige Fließgeschwindigkeit die Nährstoffaufnahme verbessern, begünstigt aber auch ein übermäßiges Bakterienwachstum, was auf Dauer für das Verdauungssystem schädlich sein kann.

Vielschichtige Darm-Dynamik

Die Wissenschaftler haben zum ersten Mal die komplexe Dynamik zwischen Nährstoffaufnahme, Strömung und Bakterienwachstum aufgezeigt. „Unser Mausmodell zeigte, dass bei einer bestimmten Fließgeschwindigkeit eine optimale Nährstoffaufnahme erreicht wird, während bei einer anderen Fließgeschwindigkeit optimale Bakterienzahlen erreicht werden“, kommentiert Karen Alim, Max-Planck-Forschungsgruppen-Leiterin am MPI-DS und Professorin für Theorie biologischer Netzwerke an der TUM.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Darm zwischen diesen verschiedenen Fließgeschwindigkeiten wechselt, um die Nährstoffaufnahme und den Bakteriengehalt zu regulieren“, erklärt Agnese Codutti, Erstautorin der Studie. Dies sei abhängig von der Nahrungsaufnahme oder dem Fasten und dem erreichten Bakteriengehalt im Darm. Auf diese Weise beeinflussen die Nährstoffaufnahme und die Bakterienkonzentration auch umgekehrt die Regulierung des Darmflusses.

Störungen des Darmflusses könnten der Gesundheit schaden

Was aber passiert, wenn der Darm nicht richtig funktioniert? Jede Störung des Darmflusses und der Rückkopplungsmechanismen kann zu einem übermäßigen Bakterienwachstum führen. Dies könnte schwerwiegende Folgen für unsere Gesundheit haben und zu chronischer Müdigkeit, Kopfschmerzen, schlechter Nährstoffaufnahme und Blähungen führen. Die neuen Erkenntnisse der Studie liefern wichtige Einblicke in die Mechanismen, die diesen Krankheiten zugrunde liegen. Sie können so dazu beitragen, eine gesunde Darmflora zu erhalten, erklären die Forscherinnen.

Originalpublikation: Agnese Codutti, Jonas Cremer, and Karen Alim: Changing Flows Balance Nutrient Absorption and Bacterial Growth along the Gut, Phys. Rev. Lett. 129, Iss. 13 — 23 September 2022; DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.138101

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