Het darmmicrobioom als complex ecosysteem

De darm is veel meer dan een spijsverteringsorgaan. Achter de dunne laag epitheelcellen die onze binnenwereld van de buitenwereld scheidt, schuilt een complex ecosysteem dat in nauwe samenwerking met het darmmicrobioom talloze functies vervult. In dit artikel verkennen we de fysiologie van de darm, de opbouw van de darmbarrière, de rol en werking van het microbioom en hoe veranderingen in dit ecosysteem invloed hebben op gezondheid en ziekte.

Indrukwekkend orgaanstelsel

De menselijke darm vormt een indrukwekkend orgaanstelsel waarin opname, afweer en communicatie samenkomen. Het darmoppervlak beslaat een geschatte 150 tot 200 m² en bestaat uit een enkelvoudige laag epitheelcellen die samen de darmwand vormen. Deze cellen worden onderling verbonden door tight junctions, eiwitcomplexen die de ruimte tussen de cellen afsluiten en selectief reguleren welke moleculen worden doorgelaten.

Boven op deze cellaag ligt een slijmlaag die de eerste fysieke barrière vormt tussen het darmlumen, de holte waar onder meer de voeding tijdens de spijsvertering doorheen stroomt, en de epitheelcellen. Alles wat zich in het darmlumen bevindt, wordt technisch gezien nog buiten het lichaam beschouwd, zolang het niet door de darmwand is opgenomen. De slijmlaag fungeert als habitat voor een deel van de bacteriën in de darm. In de slijmlaag bevinden zich immuunstoffen zoals immunoglobulinen, defensinen en lysozymen die helpen pathogenen te neutraliseren.

Samen met lokale immuuncellen vormen de darmwand en de slijmlaag de darmbarrière: een dynamische grens die enerzijds opname van voedingsstoffen toelaat, maar anderzijds bescherming biedt tegen ongewenste indringers.

Algemene fysiologische functie van de darm

De darm is niet alleen een verteringsorgaan, maar ook een belangrijk regelcentrum voor metabolisme, immuniteit en signaaloverdracht. Via vertering, opname en stofwisseling levert de darm voedingsstoffen en energie aan het lichaam. Neuro-endocriene cellen in de darm die de brug vormen tussen het zenuwstelsel en het hormoonstelsel reguleren de hormoonafgifte van bijvoorbeeld honger- en verzadigingshormonen GLP-1 en PYY, maar ook neurotransmitters zoals serotonine.

Via het immuunsysteem in de darm traint de darm ongeveer 70 % van alle immuuncellen in het lichaam. Dat is logisch wanneer je bedenkt dat er in het darmlumen direct contact is met de ‘buitenwereld’; een sterke afweerbarrière is dan noodzakelijk om ongewenste indringers buiten te houden. Tot slot staat de darm via het enterisch zenuwstelsel, het zenuwstelsel in de darm, in contact met het centraal zenuwstelsel dat via de hersenen wordt aangestuurd. Binnen dit ecosysteem in de darm speelt het darmmicrobioom een centrale rol.

Het darmmicrobioom: diversiteit en ontwikkeling

Het darmmicrobioom omvat triljoenen micro-organismen, voornamelijk bacteriën, die samenleven in symbiose met hun gastheer. Een gezond microbioom wordt gekenmerkt door hoge diversiteit, functionele rijkdom en stabiliteit.

De kolonisatie oftewel opbouw van het microbioom start al bij de geboorte en wordt beïnvloed door factoren zoals de wijze van bevalling, borst- of flesvoeding, antibiotica- en medicijngebruik en omgevingsfactoren als wonen in de stad of op het platteland, de aanwezigheid van huisdieren en broertjes of zusjes. In de eerste levensjaren domineren bifidobacteriën, en de diversiteit neemt toe zodra vast voedsel wordt geïntroduceerd. De microbiële samenstelling blijft zich ontwikkelen tot de jongvolwassen leeftijd. Met name in de pubertijd wordt de samenstelling van het darmmicrobioom sterk beïnvloed door de ontwikkeling van geslachtshormonen. Met het ouder worden verandert het microbiële evenwicht: de diversiteit neemt vaak af, korteketenvetzuur-producerende bacteriën worden schaarser en pathogenen kunnen toenemen. Deze leeftijdsgerelateerde verschuiving draagt bij aan kwetsbaarheid en fysieke veroudering.

Functionele capaciteit van het darmmicrobioom

Lange tijd lag het onderzoek naar het darmmicrobioom vooral op de samenstelling en de vraag welke bacteriesoorten aanwezig zijn en in welke verhoudingen. Inmiddels blijkt echter dat de functionele capaciteit van het microbioom, oftewel wat de bacteriën kunnen doen, veel belangrijker is voor de gezondheid dan welke namen of soorten er precies aanwezig zijn. Dit komt doordat verschillende bacteriën dezelfde functies blijken te kunnen vervullen: er is niet maar één butyraatproducerende bacteriesoort of maar één B-vitaminesproducerende soort. Dat maakt dat de individuele samenstelling van het darmmicrobioom tussen verschillende personen anders kan zijn, terwijl gezondheidsuitkomsten hetzelfde zijn.

Een functioneel, robuust microbioom wordt gekenmerkt door een hoge diversiteit, waardoor meerdere bacteriesoorten dezelfde functie kunnen overnemen als de bacteriële samenstelling uit balans raakt door bijvoorbeeld een virus. Andere kenmerken zijn een evenwichtige metabole activiteit, met een juiste balans tussen ontstekingsremmende en -bevorderende metabolieten, en een dynamische stabiliteit waarbij het microbioom flexibel reageert op veranderingen in voeding, stress of medicatie zonder zijn kernfuncties te verliezen. Uiteindelijk bepaalt de ‘output’ van het microbioom in sterke mate de fysiologische status van de gastheer en daarmee gezondheid of ziekte.

Functionele rollen van het darmmicrobioom

Het darmmicrobioom vervult belangrijke functies in de spijsvertering door voeding om te zetten in allerlei nuttige stoffen (metabolieten), zoals vitamines en korteketenvetzuren die het lichaam weer verder gebruikt. Daarnaast biedt het darmmicrobioom bescherming tegen pathogenen om ons gezond te houden en speelt het een rol in immuuntraining en opbouw van tolerantie tegen onschadelijke stoffen, zoals pollen. Bij hooikoorts bijvoorbeeld is er te weinig tolerantie opgebouwd tegen onschadelijke pollen, waardoor een immuunreactie ontstaat. Ook zijn darmbacteriën belangrijk in het onderhouden van de darmbarrière. Tot slot functioneert het darmmicrobioom niet geïsoleerd, maar communiceert voortdurend met andere orgaansystemen via zogeheten darm-assen. Denk aan communicatie met de hersenen via de darm-hersenas, via de lever met de darm-leveras, met de huid via de darm-huidas, met de longen via de darm-longas. Dit maakt duidelijk dat het microbioom een centraal en integraal onderdeel vormt van de menselijke fysiologie.

De rol in gezondheid en ziekte

Een evenwichtig microbioom ondersteunt de homeostase, het natuurlijk evenwicht in het lichaam. Verstoring van de balans in het darmmicrobioom, ook wel dysbiose genoemd, wordt in verband gebracht met een verstoring van de lichaamshomeostase en daarmee met het ontstaan van allerlei ziekten en aandoeningen.

Dysbiose wordt gekenmerkt door verminderde diversiteit en een verschuiving in de verhouding tussen gunstige en schadelijke (pathogene) bacteriesoorten. Er wordt steeds meer onderzoek gedaan naar kenmerkende microbiële patronen in ziekte en gezondheid. Hoewel er nog geen kenmerkende samenstelling voor een gezond darmmicrobioom is gedefinieerd, worden in klinisch onderzoek kenmerken van de samenstelling van het darmmicrobioom in kaart gebracht die gekoppeld kunnen worden aan ziekten, zoals darmontstekingsziekten, prikkelbaredarmsyndroom, metabole aandoeningen, leververvetting, auto-immuunziekten, depressie en neurodegeneratieve aandoeningen.

Het darmmicrobioom: een dynamische speler

Het darmmicrobioom reageert dynamisch op interne en externe factoren zoals hormonen, leeftijd en ziekte, voeding, leefstijl en omgeving. Het vormt daarmee een geïntegreerd ecosysteem met een centrale rol in onze gezondheid. De fysiologische barrièrefunctie, microbiële diversiteit en de onderlinge communicatie met andere orgaansystemen bepalen in hoge mate de veerkracht (of met een mooi woord: resilience) van de mens. Verstoring van dit ecosysteem kan bijdragen aan uiteenlopende chronische ziekten, terwijl aan de andere kant interventies die de diversiteit en functionaliteit van het microbioom ondersteunen (zoals voeding, leefstijl en probiotica) de gezondheid kunnen behouden en herstellen.

‍