STUDIEN ZUR FERMENTATION VON STÄRKE UND BALLASTSTOFFEN AUS VERSCHIEDENEN LEBENSMITTELN BEI GESUNDEN UND PATIENTEN MIT REIZDARMSYNDROM INAUGURALDISSERTATION zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin des Fachbereichs Humanmedizin der Justus-Liebig-Universität Gießen vorgelegt von Caroline Bernadette Engstfeld, BA, MSc aus Gießen Gießen 2006 ULB Darmstadt
INHALTSVERZEICHNIS Inhaltsverzeichnis Abbildungen Tabellen Seite v ix xi 1. EINLEITUNG 1 2. KOHLENHYDRAT-FERMENTATION IM COLON 3 2.1 Der Wasserstoff (H 2 )-Exhalationstest 3 2.1.1 Laktulose im H 2 -Exhalationstest 4 2.2 Endogene Variablen des H 2 -Exhalationstestes 4 2.2.1 Bakterielle MikroÖkologie 4 2.2.1.1 Wasserstoffmetabolismus 4 2.2.1.2 Methanproduktion 5 2.2.1.3 Sulfatreduktion 6 2.2.1.4 Homoacetatogenese 6 2.2.1.5 Sonstige Mechanismen der H 2 -Konsumtion 7 2.2.2 Pneumatosis cystoides intestinalis 7 2.2.3 Stabilität der H 2 -konsumierenden Colonflora 8 2.2.4 ph-wert 8 2.2.5 Wasserstoffpartialdruck 9 2.2.6 Intestinale H 2 -Diffusion 10 2.2.7 Methan 10 2.3 Exogene Variablen des H 2 -Atemtestes 11 2.3.1 Atemtechnik, körperliche Aktivität und emotionaler Stress 11 2.3.2 Ernährung 13 2.3.3 Zigarettenrauchen 13 2.3.4 Antibiotikatherapie 14 2.3.5 Mechanische und medikamentös induzierte Darmreinigung 15 2.3.6 Gase im Gastrointestinaltrakt unter physiologischen Bedingungen 16 2.3.7 Flatus 16 2.3.8 Gase im Gastrointestinaltrakt unter pathologischen Bedingungen 16 2.3.9 Geschlecht, Alter, Rasse 17 2.4 Ursachen erhöhter Basalwerte 17 2.5 Orocaecale Passagezeit 19 2.6 Laktulose-Atemtest bei intestinaler bakterieller Fehlbesiedlung 21
3. STÄRKE IN DER MENSCHLICHEN ERNÄHRUNG 22 3.1 Stärke 22 3.1.1 Resistente Stärke 23 3.1.1.1 Rohe und unvollständig verkleisterte Stärke 23 3.1.1.2 Retrogradierte Stärke 24 3.1.1.3 Eingeschlossene, für Amylase nicht erreichbare Stärke 26 3.1.2 Messung der menschlichen Stärkeresorption 26 3.1.2.1 Ergebnisse nach Sondierung des terminalen lleums 26 3.1.2.2 Ergebnisse der Effluate aus endständigem Ileostoma 26 3.1.2.3 Ergebnisse mittels H 2 -Atemtest 27 3.1.2.3.1 Ergebnisse der Levitt-Studie 27 3.1.2.3.2 Sonstige Ergebnisse 29 3.1.3 Stellenwert des H 2 -Atemtestes 30 4. BALLASTSTOFFE 32 4.1 Definitionen und Eigenschaften 32 4.2 Fermentation von Ballaststoffen 34 4.2.1 Sauerkraut 37 4.3 Fermentation von Ballaststoffen und H 2 -Exhalation 38 4.3.1 Verzehr von Ballaststoffen zusammen mit stärkehaltigen Nahrungsmitteln 38 4.3.2 Alleiniger Ballaststoffverzehr 40 5. REIZDARMSYNDROM 41 5.1 Definition 42 5.2 Prognose 43 5.3 Pathogenese 43 5.3.1 Viszerale Überempfindlichkeit 44 5.3.2 Motilitätsstörungen 45 5.4 Darmgase 46 5.4.1 Belastungstests: jejunale Gasinfusion 46 5.4.2 Intestinale Gasbildung 47 5.4.3 Abdominelle Distension 49 5.4.4 Therapie Darmgas assoziierter Symptome 49 6. EIGENE UNTERSUCHUNGEN 50 6.1 Methodik 50 6.1.1 Studiendesign 50 6.1.2 Probanden 51 6.1.3 Art und Ablauf der H 2 -Exhalationsstudien 52
6.1.3.1 Laktulose 55 6.1.3.2 Brot aus Roggenmehl Type 815 55 6.1.3.3 Brot aus Vollkornroggenmehl Type 1750 56 6.1.3.4 Brot aus Roggenmehl Type 815 zusammen mit 30g Haferkleie 56 6.1.3.5 Reis 56 6.1.3.6 Sauerkraut 57 6.1.3.7 Kartoffeln 57 6.1.4 H 2 -Atemtest 57 6.1.4.1 Apparativ-technische Grundlagen 57 6.1.4.2 Aspekte der praktischen Durchführung 58 6.1.4.3 Bestimmung der orocaecalen Passagezeit 59 6.1.5 Statistische Methoden 59 6.2 Ergebnisse 60 6.2.1 Laktulose 60 6.2.1.1 Reproduzierbarkeit des Laktulose-Belastungstestes 60 6.2.1.2 Basalwerte und initialer H 2 -Peak 60 6.2.1.3 Orocaecale Passagezeit 62 6.2.1.4 H,-Atemprofile 62 6.2.1.5 66 6.2.1.5.1 Ergebnisse der statistischen Analyse 67 6.2.2 Roggenmehl 68 6.2.2.1 Roggenmehl Type 815 und 1750 68 6.2.2.1.1 Hi-Atemkurven bei Gesunden und RDS-Patienten 68 6.2.2.1.2 70 6.2.2.1.3 Maximale H 2 -Exhalation 71 6.2.2.2 Roggenmehl Type 815 zusammen mit Haferkleie 72 6.2.2.2.1 H 2 -Atemkurven bei Gesunden und bei RDS-Patienten 72 6.2.2.2.2 73 6.2.2.2.3 Orocaecale Passagezeit 74 6.2.2.2.4 Statistische Analyse der Roggenmehl-Versuche 74 6.2.2.2.5 Abdominelle Beschwerden 76 6.2.3 6.2.3.1 6.2.3.2 6.2.4 6.2.4.1 6.2.4.2 6.2.4.3 Reis H 2 -Atemkurven und integr RDS-Patienten Abdominelle Beschwerden Sauerkraut H 2 -Atemkurven Maximale H->-Exhalation 1 2 -Exhalation bei Gesunden und 79 79 84 85
6.2.4.4 6.2.5 6.2.5.1 6.2.5.2 6.2.5.3 6.2.5.4 6.3 6.3.1 6.3.1.1 6.3.1.2 6.3.1.3 6.3.2 6.3.2.1 6.3.2.2 6.3.2.2.1 6.3.2.2.2 6.3.2.2.3 6.3.3 6.3.3.1 6.3.3.2 6.3.3.3 6.3.4 6.3.4.1 6.3.4.2 6.3.4.3 6.3.5 6.3.5.1 6.4 6.5 6.6 Orocaecale Passagezeit und individuelle Verträglichkeit Kartoffeln H 2 -Atemkurven Maximale H 2 -Exhalation Orocaecale Passagezeit und Verträglichkeit Diskussion Laktulose Kumulative H 2 -Exhalation Orocaecale Passagezeit Maximale H 2 -Konzentration Roggen Epidemiologie des Roggenverzehrs Malassimilationsraten nach Roggenmehl- und Haferkleieverzehr Roggenmehl Haferkleie H 2 -Produktion bei RDS Reis Malassimilationsraten nach Reisverzehr Reisbelastungstest als Diagnostikum eines bakteriellen Überwucherungs-Syndromes Abdominelle Beschwerden nach Reisverzehr Sauerkraut Malassimilationsraten nach Sauerkrautverzehr Orocaecale Passagezeit und Verträglichkeit Maximale H 2 -Exhalation Kartoffeln Zusammenfassung Summary Ausblick 87 87 91 95 97 97 102 104 108 111 114 116 Anhang Literaturverzeichnis Danksagung Lebenslauf 117 136 156 157