Stoffwechselwirkung neuer Lebensmittel durch die Darm-Hirn-Achse (CHECKMATE)

Übergewicht und Fettleibigkeit sind Gesundheitsprobleme von größter Bedeutung für die Weltbevölkerung. Die kontinuierliche Entwicklung und der Konsum von energiereichen Lebensmitteln zu geringen Kosten geht neben einer Gewichtszunahme auch mit einem erhöhten Risiko für Diabetes und Insulinresistenz einher. Um das Körpergewicht zu halten, muss ein Gleichgewicht zwischen Energieaufnahme und Energieverbrauch erreicht werden. Da eine Gewichtszunahme eine häufige Folge einer energiereichen Ernährung ist, ist der Verzehr von Obst und Gemüse der beste Ansatz zur Reduzierung der Kalorienaufnahme. Allerdings ist dieser Ansatz auf lange Sicht meist unbefriedigend, da der Verlust schmackhafter Lebensmittel und die geringe Belohnung gesunder Mahlzeiten oft eine ernährungsbewusste Ernährung untergraben. Ein möglicher alternativer Ansatz besteht darin, schmackhafte Lebensmittel mit geringer Kaloriendichte und sättigungsfördernden Verbindungen herzustellen, die die Kalorienaufnahme reduzieren und das Sättigungsgefühl steigern können.

Der menschliche Körper reguliert die Energieaufnahme durch ein komplexes und miteinander verbundenes biologisches System, das die Darm-Hirn-Achse, das Endocannabinoid-System und die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse umfasst. Biomarker in der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse regulieren die Nahrungsaufnahme und die physiologische Reaktion auf Stress. In Abwesenheit von Nahrung erkennt das Gehirn den Hunger durch die Erhöhung des Magen-Darm-Hormons Ghrelin. Sobald Nahrung aufgenommen wird, sinkt der Ghrelinspiegel, während andere Biomarker in der Darm-Hirn-Achse freigesetzt werden, um das Sättigungsgefühl durch die Verzögerung der Magenentleerung, den Appetitverlust und die Verringerung der Nahrungsaufnahme zu steigern. Jüngste Studien an Mäusen haben das Endocannabinoid-System durch physiologischen Stress und Energiehomöostase mit der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse verknüpft. Darüber hinaus sind die Endocannabinoide Anandamid und 2-Arachidonoylglycerol bei Hunger erhöht, nehmen aber nach der Nahrungsaufnahme ab.

Natürliche Lebensmittel mit geringer Energiedichte, wie Obst und Gemüse, enthalten in der Regel einen hohen Anteil an Ballaststoffen. Ballaststoffe werden entweder in lösliche Ballaststoffe (Beta-Glucane) oder unlösliche Ballaststoffe (Weizenkleie) eingeteilt, aber sowohl lösliche als auch unlösliche Ballaststoffe stehen in engem Zusammenhang mit einem erhöhten Sättigungsgefühl. Ballaststoffe sind wichtig für einen ordnungsgemäß funktionierenden Magen-Darm-Trakt, da sie eine Nährstoffquelle für Bakterien im Dickdarm darstellen. Wenn eine 3-prozentige Portion Beta-Glucane aus Gerste einem Fruchtgetränk oder Brot zugesetzt und zum Frühstück verzehrt wurde, wurde eine Verringerung der Energieaufnahme um 30 % über 24 Stunden beobachtet, zusammen mit positiven Veränderungen der postprandialen gastrointestinalen Hormone, die daran beteiligt sind biologische Kontrolle von Hunger und Sättigung. Die Aufnahme von unlöslichen Ballaststoffen verbessert die Insulinsensitivität und angereichertes Gerstenfaserbrot oder Weizenfaserbrot verbesserte die Ghrelin- und Peptid-YY-(PYY)-Hormonreaktion im Vergleich zum Kontrollbrot. Es wurde festgestellt, dass eine kürzlich charakterisierte Klasse von Nahrungsmittelverbindungen, Melanoidine, ähnliche Eigenschaften wie Ballaststoffe im Magen-Darm-Trakt aufweist. Melanoidine werden durch den Maillard-Reaktionsprozess durch die Reaktion von Proteinen mit reduzierten Kohlenhydraten und Zuckern beim Kochen wärmebehandelter Lebensmittel gebildet. Melanoidine sind große unlösliche oder teilweise unlösliche Komplexe, die in Kaffee, Brot, Kakao und Bier vorkommen. Die Hauptquellen für Melanoidine in der Ernährung sind jedoch Kaffee und Brot mit einem Beitrag von 0,5–2,0 g/Tag Kaffee-Melanoidine und 1,8–15 g/Tag Brot-Melanoidine. Untersuchungen haben gezeigt, dass Kaffee-Melanoidine im Magen-Darm-Trakt fermentiert werden, während Brot-Melanoidine Bifidobakterien im Dickdarm stimulieren.

Bitterstoffe werden neuerdings auch mit der Steigerung des Sättigungsgefühls und einer positiven Wirkung auf die Hormone des Magen-Darm-Trakts in Verbindung gebracht. Jüngste Untersuchungen an Tieren weisen darauf hin, dass mehrere Bitterstoffe die Geschwindigkeit der Magenentleerung verlangsamen, die Sekretion der sättigungsinduzierenden Hormone Cholecystokinin und Glucagon-ähnliches Peptid 1 (GLP-1) induzieren und die Nahrungsaufnahme verringern können. Allerdings erforderten die Tierversuche, dass die Bitterstoffe zur Wirkung direkt in den Magen gelangen. Einige bitter schmeckende Gemüsesorten, darunter Brokkoli und Chicorée, wirken sich positiv auf die Gesundheit aus. Einige natürliche sekundäre Pflanzenstoffe sind Polyphenole, von denen bekannt ist, dass sie unterschiedliche biologische Mechanismen besitzen und einen bitteren Geschmack haben. Die Pflanzenart Gentiana lutea L. produziert mehrere biologisch aktive bittere sekundäre Pflanzenstoffe, darunter das Iridoid (Logansäure) und die Secoiridoide (Wertiamarin, Gentiopicrosid, Amarogentin, Sweroside). Gentiana lutea L. wird am häufigsten zur Herstellung von Kräutertees und Likören verwendet.

In dieser randomisierten Crossover-Studie werden das Hunger- und Sättigungsgefühl gemessen, während zu bestimmten Zeitpunkten während der sieben Arme Blut entnommen wird. Da es bei diesem Eingriff darum geht, schmackhafte Lebensmittel zu entwickeln, die sowohl das Sättigungsgefühl steigern als auch kurzfristig die Energieaufnahme verringern, werden auch die Bitterstoffe in einen Schutzmantel eingekapselt. Die Einkapselung wird häufig verwendet, um Arzneimittel während der Passage durch die Mundhöhle oder den Magen zu schützen, damit die Wirkstoffe ordnungsgemäß vom Körper aufgenommen werden können. Die in einem Arm verwendete Beschichtung ermöglicht es dem Gentiana lutea L.-Extrakt, durch die Mundhöhle zu gelangen, sodass die Freiwilligen die Bitterstoffe nicht schmecken können, sondern gezielt im Magen und Zwölffingerdarm ankommen.

Alle Freiwilligen werden an den sieben Teilen der Studie teilnehmen. In vier Interventionen werden zusätzlich zur Magermilch beim Frühstück drei verschiedene mit Ballaststoffen angereicherte Brote und ein Kontrollbrot verzehrt. Bei den anderen drei Interventionen verzehren die Teilnehmer einen Kontrollpudding, Gentiana lutea L.-Extrakt-Pudding und den eingekapselten Gentiana lutea L.-Extrakt-Pudding. Zwischen zwei getrennten Eingriffen ist eine einwöchige Auswaschphase vorgesehen. Die hedonischen Gefühle von Sättigung, Hunger und Appetit werden mit einem Fragebogen zum Zeitpunkt 0 (Grundlinie) und 0,5, 1, 2 und 3 Stunden nach dem Frühstück gemessen. Nach 3 Stunden essen die Freiwilligen zu Mittag, bis sie satt sind, und führen dann ein Ernährungstagebuch, um ihre Nahrungsaufnahme für den Rest des Tages aufzuzeichnen. Darüber hinaus wird zu jedem Zeitpunkt Blut entnommen und die Menge der spezifischen Hormone, Neuropeptide und Endocannabinoide im Rahmen der sekundären Ergebnisse gemessen.