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Neue Forschungen mit Mäusen könnten unser Verständnis der Verbindung zwischen Darm und Gehirn sowie dem Appetit auf den Kopf stellen.

Wenn Ihnen vor einer wichtigen Präsentation schon einmal übel war oder Sie nach einer großen Mahlzeit benommen waren, dann kennen Sie die Kraft der Darm-Hirn-Verbindung.

Wissenschaftler glauben nun, dass eine überraschende Reihe von Erkrankungen, darunter Appetitstörungen, Fettleibigkeit, Arthritis und Depressionen, ihren Ursprung im Darm haben können. Es ist jedoch nicht klar, wie sich Botschaften in diesem sogenannten „zweiten Gehirn“ von unserem Magen zu unserem Großhirn verbreiten. Jahrzehntelang glaubten Forscher, dass Hormone im Blutkreislauf der indirekte Kanal zwischen Darm und Gehirn seien.

Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Kommunikationswege hinter diesem „Bauchgefühl“ direkter und schneller sind als die Verbreitung von Hormonen. Mithilfe eines mit grüner Fluoreszenz angereicherten Tollwutvirus verfolgten die Forscher ein Signal, das vom Darm zum Hirnstamm von Mäusen gelangte. Sie waren schockiert, als sie sahen, wie das Signal eine einzelne Synapse in weniger als 100 Millisekunden überquerte – das ist schneller als ein Wimpernschlag.

Schnelle Synapsen

„Wissenschaftler sprechen vom Appetit in Minuten bis Stunden. Hier geht es um Sekunden“, sagt der leitende Autor Diego Bohórquez, Assistenzprofessor für Medizin an der Duke University School of Medicine. „Das hat tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis von Appetit. Viele der entwickelten Appetitzügler zielen auf langsam wirkende Hormone ab, nicht auf schnell wirkende Synapsen. Und das ist wahrscheinlich der Grund, warum die meisten von ihnen gescheitert sind.“


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Ihr Gehirn nimmt Informationen von allen fünf Sinnen – Tasten, Sehen, Hören, Riechen und Schmecken – über elektrische Signale auf, die über lange Nervenfasern wandern, die wie Glasfaserkabel unter Ihrer Haut und Ihren Muskeln liegen. Diese Signale bewegen sich schnell, weshalb Ihnen in dem Moment, in dem Sie eine Tür öffnen, der Duft frisch gebackener Kekse entgegenzuströmen scheint.

Obwohl der Darm ein ebenso wichtiges Sinnesorgan ist wie Ihre Augen und Ohren – schließlich ist es überlebenswichtig zu wissen, wann Ihr Magen aufgefüllt werden muss –, gingen Wissenschaftler davon aus, dass er seine Botschaften durch einen mehrstufigen, eher indirekten Prozess übermittelt.

Nährstoffe im Darm, so die Annahme, stimulierten die Freisetzung von Hormonen, die Minuten bis Stunden nach dem Essen in den Blutkreislauf gelangten und schließlich ihre Wirkung auf das Gehirn entfalteten.

Sie hatten teilweise recht. Das Tryptophan in Ihrem Truthahnessen ist berüchtigt für seine Umwandlung in Serotonin, die Gehirnchemikalie, die Sie schläfrig macht.

Bohórquez vermutete jedoch, dass das Gehirn Signale aus dem Bauch schneller wahrnehmen kann. Er bemerkte, dass die Sinneszellen, die den Darm auskleiden, viele der gleichen Eigenschaften hatten wie ihre Cousins ​​auf der Zunge und in der Nase. Im Jahr 2015 veröffentlichte er eine bahnbrechende Studie im Journal of Clinical Investigation Dies zeigte, dass diese Darmzellen Nervenenden oder Synapsen enthielten, was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise an eine Art neuronaler Schaltkreise angeschlossen sind.

Sechster Sinn?

In dieser Studie machten sich Bohórquez und sein Team daran, diesen Schaltkreis zu kartieren. Zunächst pumpte die Postdoktorandin Maya Kaelberer ein Tollwutvirus mit einer grün fluoreszierenden Markierung in den Magen von Mäusen. Sie sah, dass das Virus den Vagusnerv markiert hatte, bevor es im Hirnstamm landete, was ihr zeigte, dass es einen direkten Schaltkreis gab.

Als nächstes stellte Kaelberer den neuronalen Schaltkreis zwischen Darm und Gehirn nach, indem er sensorische Darmzellen von Mäusen in derselben Schale mit Vagusneuronen wachsen ließ. Sie sah, wie die Neuronen über die Oberfläche der Schale krochen, sich mit den Darmzellen verbanden und begannen, Signale auszusenden. Als das Forschungsteam der Mischung Zucker hinzufügte, beschleunigte sich die Schussrate. Kaelberer maß, wie schnell die Informationen von Zucker im Darm übermittelt wurden, und stellte schockiert fest, dass sie in der Größenordnung von Millisekunden lagen.

Dieser Befund legt nahe, dass ein Neurotransmitter wie Glutamat, der an der Übertragung anderer Sinne wie Geruch und Geschmack beteiligt ist, als Bote fungieren könnte. Tatsächlich verstummten die Nachrichten, als die Forscher die Freisetzung von Glutamat in den sensorischen Darmzellen blockierten.

Bohórquez verfügt über Daten, die darauf hindeuten, dass die Struktur und Funktion dieses Schaltkreises beim Menschen dieselben sein werden.

„Wir glauben, dass diese Erkenntnisse die biologische Grundlage eines neuen Sinnes sein werden“, sagt Bohórquez. „Eines, das als Einstiegspunkt dafür dient, wie das Gehirn erkennt, wann der Magen voller Nahrung und Kalorien ist. Es verleiht der Vorstellung vom „Bauchgefühl“ als sechstem Sinn Legitimität.“

Bohórquez und sein Team möchten in Zukunft herausfinden, wie dieser neue Sinn die Art der Nährstoffe und den Kalorienwert der von uns verzehrten Lebensmittel erkennen kann.

Die Studie erscheint am 21. September in Wissenschaft.

Die Studie wurde von den National Institutes of Health, einem AGA-Elsevier Pilot Research Award, einem UNC Center for Gastrointestinal Biology and Disease Research Award, der Defense Advanced Research Projects Agency, der Hartwell Foundation, der Dana Foundation, der Grass Foundation und dem Howard Hughes Medical Institute finanziert.

Quelle: Duke University

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