ALLGEMEINE UND SPEZIELLE INFORMATIONEN ZU KURZKETTIGEN FETTSÄUREN, IM SPEZIELLEN PROPIONSÄURE UND DEREN SALZE NATRIUMPROPIONAT UND CALCIUMPROPIONAT

Was sind kurzkettige Fettsäuren?

Unter diesem Begriff versteht man Fettsäuren, deren Ketten nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome enthalten. Im englischen werden diese als Short Chain Fatty Acids (SCFA) bezeichnet. Der Übergang zu den mittelkettigen Fettsäuren ist fließend.

Die wichtigsten kurzkettigen Fettsäuren sind:

• Essigsäure (Azetat, 2 Kohlenstoffatome),

• Propionsäure (Propionat, 3 Kohlenstoffatome) und

• Buttersäure (Butyrat, 4 Kohlenstoffatome)
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PROPINSÄURE UND IHRE SALZE (PROPIONATE)

Über lange Zeit waren die mittel- bis langkettigen Fettsäuren im Zentrum öffentlicher und wissenschaftlicher Überlegungen. Erst in jüngster Zeit rückten die kurzkettigen Fettsäuren in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Kurzkettige Fettsäuren haben in der Vergangenheit vor allen Dingen in der öffentlichen Wahrnehmung eine eher auch kritisch hinterfragte Rolle als Lebensmittelkonservierungsstoffe eingenommen. Bereits seit einigen Jahren werden in der Wissenschaft im Wesentlichen mögliche positive Effekte von kurzkettigen Fettsäuren bei Tier und Mensch diskutiert. In den meisten Artikeln wird über die positiven Effekte auf die Darmflora bei der Aufnahme von Natrium-/Calciumpropionat beim Menschen berichtet. Ein Durchbruch, welcher eine völlig neue Sichtweise der Wirkung kurzkettiger Fettsäuren, insbesondere der Propionsäure und deren Salze erbrachte, waren die Artikel von Haghikia et al. (2015) und Canfora et al. (2015). Propionsäure selbst ist eine organische Säure und wird auf natürliche Weise von Bakterien, z. B. im menschlichen Darm von Clostridien produziert. Sie ist enger ins Zentrum wissenschaftlicher Untersuchungen gerückt, nachdem ihre hemmenden Wirkungen auf Entzündungsvorgänge im menschlichen Körper, z. B. bei der Multiplen Sklerose, bekannt wurden. Auch bei der Regulation des Zucker- und Fettstoffwechsels spielt die Propionsäure offensichtlich eine günstige Rolle (Puddu et al., 2014). Generell wirkt Propionsäure hemmend auf das Wachstum von Bakterien, Hefepilzen und Schimmel und wurde deshalb als Konservierungsmittel in großen Mengen, insbesondere für Brot und andere Backwaren jahrzehntelang eingesetzt (WDR - Ausschnitt, Sendung "DER VORKOSTER", 12.02.2016, Interwiew Prof. Dr. R. Gold, Direktor der Neurologischen Klinik, Neurologische Universitätsklinik, St. Josef Hospital, Bochum). 1988 kam die Substanz durch zwischenzeitlich wissenschaftlich widerlegte Untersuchungen kurzfristig in Verruf. Dies führte dazu, dass die heute gemäß amerikanischer FDA und europäischer FSA als gänzlich unbedenklich geltenden Propionate, z. B. in der Backindustrie, durch andere Konservierungsmittel ersetzt worden sind und das die tägliche Aufnahme von Propionaten durch die Nahrung am Ende der 80er Jahre deutlich zurückgegangen war. Im gleichen Zeitraum war eine Zunahme von Autoimmunerkrankungen verschiedenster Art zu beobachten. Bedeutende Wissenschaftler gehen derzeit dieser möglichen Zusammenhangsfrage nach (Gold R./Haghikia A., personal communication, 2016). Die Wirkung und Verwendung von Natrium-/Calciumpropionat sind sowohl der reinen Propionsäure als auch anderer Derivate aus verschiedenen Gründen überlegen (Haghikia et al., 2015).


HEUTIGE VERWENDUNG VON PROPIONATEN

Propionsäure und deren Salze als Konservierungsmittel

Propionsäure und deren Derivate werden heute synthetisch hergestellt. In der Lebensmittelindustrie, vor allem für abgepacktes Schnittbrot oder Feingebäck, werden die Salze der Säure (Propionate) verwendet. Aktuell werden Propionate z. B. zur Konservierung von industriell hergestellten Backwaren, zur Konservierung kosmetischer Mittel und zur Käseherstellung verwendet. Es wurde und wird sogar versucht, durch mehr propionsäurebildende Bakterien in der Käseherstellung einen „entzündungshemmenden Käse“ speziell für entzündliche Darmerkrankungen zu entwickeln. (Plé et al., 2015). Propionsäure wird darüber hinaus in großen Mengen als Konservierungsstoff in Getreide und Futtermitteln, insbesondere in der Milchindustrie, verwendet.


STOFFWECHSEL VON KURZKETTIGEN FETTSÄUREN BEIM MENSCHEN

Kurzkettige Fettsäuren entstehen im Darm als Endprodukt der Synthese stark ballaststoffreicher Nahrungsmittel. Die meisten Nahrungsmittel werden in unserem Darm durch Verdauungsenzyme abgebaut und zur Aufnahme in den Körper vorbereitet. Manche Nahrungsmittelbestandteile, z. B. faserreiche Lebensmittel oder bestimmte Stärken, können durch unsere Verdauungsenzyme nicht abgebaut werden und sind daher unverdaulich. Unsere Darmbakterien (oder das Mikrobiom) können aber diese unverdaulichen Nahrungsbestandteile abbauen, wobei kurzkettige Fettsäuren wie Essig, Propion- und Buttersäure bevorzugt im Dickdarm entstehen. Generell spielen Darmbakterien eine entscheidende Rolle bei der Aufschließung unserer Nahrung. Zusätzlich produzieren Bakterien Vitamine (K, B12) oder bauen toxische Stoffe ab. Sie sind keine feste Konstante, sowohl von Mensch zu Mensch als auch abhängig von Ernährung, Lebensgewohnheiten und genetischer Disposition. Zunehmend wird bekannt, dass die kurzkettigen Fettsäuren aus dem Dickdarm in den Körper aufgenommen werden, dort aber nicht einfach verbrannt werden, sondern auf eine Vielzahl von Geweben einwirken. In der letzten Zeit haben insbesondere die Wirkungen der kurzkettigen Fettsäuren auf den Blutzucker und Fettstoffwechsel sowie die überraschenden Auswirkungen auf das Immunsystem allgemeines Interesse auf sich gezogen (Vinolo et al., 2011). Neueste veröffentlichte (Canfora et al., 2015; Simon/Müssig, 2015) und auch noch nicht veröffentlichte Daten (Sabat R./Sterry W., personal communication, 2016) geben berechtigten Anlass zu der Vermutung, dass die Gabe von zwei Mal täglich 500 mg Natrium-/Calciumpropionat einen äußerst positiven Effekt sowohl auf den Blutzucker als auch auf den Fettstoffwechsel zeigen kann. Die Untersuchungen hierzu an gesunden Probanden und Patienten dauern an und sollen im Laufe des Jahres publiziert werden (Gold R./Haghikia A./Sabat R./Sterry W., personal communication, 2016).


LANG- UND KURZKETTIGE FETTSÄUREN IN DER NAHRUNG

Wirkungen auf Multiple Sklerose im Mausmodell

Bochumer Forscher zeigen: werden lang- oder kurzkettige Fettsäuren mit der Nahrung verabreicht, dann lassen sich gegenläufige Effekte auf das Immunsystem (sowohl bei Menschen als auch bei Mäusen) beobachten:

• langkettige Fettsäuren, der Hauptbestandteil der Fettzufuhr in unserer westlichen Ernährung, fördern die Umwandlung von ungeprägten Immunzellen (Lymphozyten) in entzündungsfördernde Lymphozyten, die sich an der Produktion bestimmter Botenstoffe, z. B. Interleukin-17 und gamma-Interferon, erkennen lassen. Gleichzeitig verringerten langkettige Fettsäuren die Entstehung derjenigen Lymphozyten, die in der Lage sind, die Entzündungsbereitschaft des Immunsystems zu bremsen (sog. regulatorische T-Zellen)

• kurzkettige Fettsäuren, und hier ganz besonders Propionsäure, förderten die Bildung von regulatorischen T-Zellen (Park et al., 2015)

Propionsäure wird auch in krankheitsauslösenden Bakterien wie Salmonellen aufgenommen. Dort kann sie die Regulation der Gene beeinflussen, die für die Aggressivität der Bakterien verantwortlich sind (Hung CC et al., 2013).

Langkettige Fettsäuren verstärken die experimentelle Multiple Sklerose

Nachdem die Bochumer Arbeitsgruppe gesehen hatte, dass langkettige Fettsäuren das Immunsystem in Richtung einer Entzündungsbereitschaft verschieben können, machten sie ein sehr wichtiges Experiment. Sie gaben Mäusen, die an einem Modell für Multiple Sklerose erkrankt waren, langkettige Fettsäuren und konnten beobachten, dass solche Tiere im Vergleich zur Kontrollgruppe eine stärkere Ausprägung der Multiplen Sklerose zeigten. Somit haben also unter diesen Bedingungen langkettige Fettsäuren einen ungünstigen Einfluss auf das Multiple Sklerose-Modell.


NATRIUM-/CALCIUMPROPIONAT UND DIE MULTIPLE SKLEROSE

Prophylaktische Gabe von Propionsäure schwächt den Verlauf der Multiplen Sklerose im Tierversuch ab.

In einer vielbeachteten wissenschaftlichen Arbeit haben Forscher aus der Neurologischen Universitätsklinik Bochum zeigen können, dass Fettsäuren in der Nahrung Einfluss auf die Entstehung und den Verlauf der Multiplen Sklerose haben. Die Wissenschaftler haben die Auswirkungen der Gabe von kurzkettigen Fettsäuren, speziell von Propionsäure, in einem Tiermodell der Multiplen Sklerose untersucht. Dabei zeigte sich, dass Tiere, die schon vor Auslösung der Multiplen Sklerose eine Diät mit Propionsäure erhalten hatten, deutlich schwächer an Multipler Sklerose erkrankt waren. Somit scheint der Einnahme eine mögliche vorbeugende oder abschwächende Wirkung auf die Multiple Sklerose zuzukommen.

Die wissenschaftlich renommierte Internet-Seite Doc-Check fasst zusammen, wie sich dieser Effekt erklären könnte: „In einer Studie der Ruhr-Universität Bochum konnte sowohl in der Zellkulturschale als auch im experimentellen Modell gezeigt werden, dass langkettige Fettsäuren wie die Laurinsäure die Entstehung und Vermehrung von entzündlichen Zellen in der Darmwand fördern. Im Gegensatz dazu führen kurzkettige Fettsäuren, allen voran die Propionsäure (oder deren Salz Propionat) zur Entstehung und Verbreitung von regulatorischen Zellen des Immunsystems in der Darmwand. Diese können sowohl überschießende Entzündungsreaktionen als auch autoreaktive Zellen, die körpereigenes Gewebe schädigen, unterdrücken.

Interessanterweise konnten diese Beobachtungen im Tierexperiment nicht gemacht werden, sobald der Darm völlig keimfrei war. Dies spricht für eine direkte Beteiligung des Mikrobioms an der Entfaltung der Fettsäure-Wirkung. Weitere Untersuchungen zeigen, dass die Effekte der Fettsäuren weniger auf die einzelnen Keime des Mikrobioms zurückzuführen sind, sondern eher über Stoffwechselprodukte der Bakterien vermittelt werden.


DIE WIRKUNG DER GABE VON ZWEI MAL 500 MG NATRIUMPROPIONAT AM GESUNDEN UND MULTIPLE SKLEROSE ERKRANKTEN MENSCHEN

Als logische Konsequenz oben genannter Erkenntnisse werden seit einigen Monaten verschiedene Untersuchungen zur Wirkung der täglichen Gabe von zwei Mal 500 mg Natriumpropionat an gesunden Probanden und an an schubförmiger Multipler Sklerose erkrankter Patienten unter klinischen Prüfungsbedingungen durchgeführt. Hierbei werden die Effekte der zusätzlichen Gabe von Natriumpropionat, in diesem Fall PROPICUM®, auf unterschiedliche immunologische Parameter und eine Vielzahl weiterer Stoffwechselprozesse geprüft. Die Veröffentlichung erster Ergebnisse dieser Untersuchungen fand im Frühjahr 2016 statt und wurden auf der American Academy of Neurology im April 2016 in Vancouver vorgestellt.


LITERATUR

Tan et al. (2016): Dietary Fiber and Bacterial SCFA Enhance Oral Tolerance and Protect against Food Allergy through Diverse Cellular Pathways
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Canfora E. et al. (2015): Short-chain fatty acids in control of body weight and insulin sensitivity; Nat Rev. Endocrinol,
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European Food Safety Authority (EFSA) (2014): Scientific Opinion on the reevaluation of propionic acid (E 280), sodium propionate (E 281), calcium propionate (E 282) and potassium propionate (E 283) as food additives, EFSA Journal,
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FDA Select Committee on GRAS Substances (SCOGS) (1979):
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Gold R./Haghikia A. (2016): personal communication, Ruhr-Universität Bochum

Gold R./Haghikia A./Sabat R./Sterry W. (2016): personal communication, Ruhr Universität Bochum, Charité - Universitätsmedizin Berlin

Haghikia A. et al. (2015): Dietary Fatty Acids Directly Impact Central Nervous System Autoimmunity via the Small Intestine; Immunity, Volume 43, Issue 4, p817–829, 20 October 2015,
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Hung CC. et al. (2013): The intestinal fatty acid propionate inhibits Salmonella invasion through the post-translational control of HilD; Mol Microbiol. 2013 Mar; 87(5):1045-60.
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Park J. et al. (2015): Short-chain fatty acids induce both effector and regulatory T cells by suppression of histone deacetylases and regulation of the mTOR–S6K pathway; Mucosal Immunology (2015) 8, 80–93;
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Plé C. et al. (2015): Combining selected immunomodulatory Propionibacterium freudenreichii and Lactobacillus delbrueckii strains: Reverse engineering development of an anti-inflammatory cheese,
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Puddu A. et al. (2014): Evidence for the Gut Microbiota Short-Chain Fatty Acids as Key Pathophysiological Molecules Improving Diabetes; Mediators of Inflammation, Volume 2014 (2014),
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Sabat R./Sterry W. (2016): personal communication, Charité - Universitätsmedizin Berlin

Simon M.C./Müssig K. (2015) Die Rolle der Mikrobiota bei der Entstehung von Adipositas und Typ-2-Diabetes; Diabetologie 2015, 10: R1-R12, Link

Vinolo M. et al., (2011): Regulation of Inflammation by Short Chain Fatty Acids; Nutrients. 2011 Oct; 3(10): 858–876,
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