Lebensstil der Eltern: epigenetische Wirkung auf die Kinder

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Fazit

Nutritional Programming, also die "Ernährungs-Programmierung", erklärt die Anfälligkeit (Prädisposition) von gewissen Menschen, im Erwachsenenalter verschiedenste Krankheiten zu erleiden. Grund dafür ist vor allem eine veränderte Entwicklung während der fetalen Phase und in der frühen Kindheit.

Laut dem Paradigma von Barker (Entwicklungsbedingter Ursprung von Gesundheit und Erkrankung, im Original: Developmental Origins of Health and Disease) beeinflussen die Bedingungen während der Präkonzeption (2-3 Monate vor der Schwangerschaft) sowie die Schwangerschaft und die Laktationsphase die jeweiligen Individuen sehr stark. Ungünstige Umweltbedingungen verursachen eine Prädisposition für bestimmte, vor allem entzündliche, Krankheiten, die sich später im Erwachsenenleben manifestieren.¹

Über- und Unterernährung sind wichtige Einflüsse, die zu einem schädlichen Umfeld für das ungeborene Kind beitragen. Diese hängen direkt mit metabolischen Bedingungen wie Bluthochdruck, Insulinresistenz, Hyperlipämie und abdominaler Fettleibigkeit zusammen.²

Ist die Umwelt schädlich, passt sich der Embryo, der Fötus oder das Neugeborene an, um diese nachteiligen Bedingungen zu überleben. Diese Veränderungen betreffen die Körperfunktionen, den Gewebeumbau und die Aktivierung oder Stummschaltung bestimmter Gene. Sie können dauerhaft bestehen und sogar aktiv bleiben, obwohl die schädlichen Reize verschwunden sind.

Unterernährung während der Schwangerschaft und der frühen Kindheit kann das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes, metabolisches Syndrom und Herz-Kreislauf-Erkrankungen im späteren Leben erhöhen. Vorausgesetzt, Sie ernähren sich ungesund und weisen eine niedrige körperliche Aktivität auf.³

1. Die Ernährung der Eltern beeinflusst Gesundheit und Wohlbefinden ihrer Kinder

Es ist allgemein bekannt und eine akzeptierte Tatsache unter vielen Laien und Wissenschaftlern, dass Ernährung und Lebensstil einen direkten Einfluss auf die eigene Gesundheit haben. Neue Studien³ zeigen, dass der tatsächliche Gesundheitszustand und das Wohlbefinden einer Person nicht nur von persönlichen Essgewohnheiten und Aktivitäten, sondern auch von folgenden Punkten abhängt:

• Die Umgebung, in der sich die Person im fetalen Stadium entwickelt hat (z.B. Zugang zu Nährstoffen, Hormonhaushalt und Belastungsniveau der Mutter, Plazenta).
• Die Ernährungsform der Eltern.

Mit anderen Worten: Schlechte Lebensgewohnheiten beeinflussen nicht nur jene Personen, die diese leben, sondern auch deren Kinder.

Kurzfristig haben alle diese Veränderungen Einfluss auf die Entwicklung des kindlichen Gehirns, das Wachstum, den Körperbau und den Stoffwechsel. Langfristig beeinträchtigen sie die kognitiven Fähigkeiten des Kindes, die Immunität und das Energieniveau, indem sie die Schulleistungen, das erlernte Bildungsniveau, die Fähigkeit, einen Job auszuüben, sowie die allgemeine Gesundheit beeinflussen.⁵

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Beruhend auf dieser Idee hatte David Barker 1990 das Paradigma der "Developmental Origins of Health and Disease" (DOHaD) entwickelt. Es besagt, dass die Bedingungen vor der Schwangerschaft (Präkonzeption), während der Schwangerschaft und der Laktation die sich entwickelnden Individuen prägen. Dies führt im Fall einer ungünstigen Umgebung zu einer erhöhten Empfänglichkeit für bestimmte Krankheiten im Erwachsenenalter (Prädisposition).¹

2. Wieso geschieht das?

Schon in den frühesten Entwicklungsstadien (Embryonal-, Fötusstadium) kann der Organismus durch Anpassungen auf zellulärer, molekularer und biochemischer Ebene auf Umwelttrigger (Ursachen oder Auslöser aus der Umwelt) reagieren. Induzieren gewisse ernährungsbedingte Stressoren oder Reize solche Anpassungen, bestehen die Veränderungen im Organismus weiterhin und funktionieren auch in Abwesenheit des Stimulus, der sie initiiert hat.⁶

Studien bei Tieren folgten zwei Hauptszenarien:

• Überernährung der Mutter – mit hohem Fettanteil, hohem Cholesterin und einer eiweissreichen Ernährung, die zu mütterlicher Fettleibigkeit führen.
• Die Unterernährung der Mutter – durch einen Mangel an Mikronährstoffen (z.B. Ca, Fe, Na, Zn) und Makronährstoffen (z.B. Protein).

Erhielten die Tiere mit einem niedrigen Geburtsgewicht im Erwachsenenalter eine kalorienreiche Ernährung, tendierten sie zu einer erhöhten Fettzunahme. Denn in der fetalen Phase war der Körper darauf programmiert, den Energieaufwand als eine adaptive Antwort auf die Mängel zu beschränken.⁷

Andere Forschungsergebnisse⁶ zeigten, dass eine proteinarme Ernährung und eine Kalorienbeschränkung während der Schwangerschaft zu Veränderungen in den Pankreas-Inselzellen / Langerhansschen Inseln führen (z.B. reduzierte Vaskularisation, reduzierte Kapazität zur Erzeugung von Beta-Zellen). Ausserdem rufen sie eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Insulinum in den Muskeln hervor. Auch wenn das Baby nach der Geburt und in der Kindheitsphase eine normale Ernährung erhält, sind die Veränderungen in den Organen irreversibel und erhöhen die Prädisposition für Diabetes oder Stoffwechselerkrankungen.

Das Hauptmerkmal der Zellen während der embryonalen und fetalen Phase ist deren Plastizität (die Fähigkeit der Zellen, sich in andere Zellen zu verwandeln); in derselben Phase entwickeln und strukturieren sich auch die Organe. Deshalb sind Auswirkungen von jeglichen krankheitsfördernden Faktoren in dieser Periode stärker als zu einem späteren Zeitpunkt.

3. Metabolische Ernährungsprogrammierung

Ernährungsprogrammierung oder metabolische Programmierung nennt sich der Prozess der Beeinflussung des Fötus durch Qualität und Quantität der während der Schwangerschaft konsumierten Nährstoffe.

Derzeitige Forschungen und Experimente fanden nur an Tieren (Ratten und Schafen) statt. Dabei hat man die Tiere entweder überfüttert oder bestimmte Nährstoffe verringert, um die Auswirkungen auf ihre Nachkommen zu beobachten. Am Menschen waren nur epidemiologische Studien möglich. Man erkennt jedoch klare Zusammenhänge zwischen den Bedingungen während der Schwangerschaft und den gesundheitlichen Problemen, welche die Menschen später im Erwachsenenleben entwickelt haben.

Qualität und Quantität der Nährstoffe, welche die Mutter während der Schwangerschaft konsumiert, können bei den Nachkommen zu signifikanten Veränderungen in Bezug auf die Struktur von Gehirn, Nieren und Herz führen. Dies hängt mit einem erhöhten Risiko für koronare Herzerkrankungen und Störungen der Insulinresistenz zusammen.⁷

4. Was passiert auf der zellulären Ebene?

Die menschliche Entwicklung im Uterus basiert auf zwei Hauptprozessen: Zellmultiplikation und Zelldifferenzierung (Spezialisierung). Anfänglich gibt es einen kleinen Pool von Zellen (Stammzellen), die sich zu jedem Organ oder Gewebe im Körper entwickeln könnten. Diese Zellen vermehren sich und spezialisieren sich anschliessend auf die Eigenschaften eines speziellen Organs. Der Zeitpunkt, zu dem diese Prozesse stattfinden, unterscheidet sich je nach Organ. Das Herz zum Beispiel formt sich früher als die Geschlechtsorgane und die Lunge entwickelt sich erst in den letzten Wochen der Schwangerschaft.

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Veränderungen in der Ernährung der Mutter können den Zellteilungs- oder Differenzierungsprozess beeinflussen. Unerwünschte Bedingungen während der Proliferation (Zellteilung) führen z.B. zu einem kleineren Organ, aber mit normalen Zelleigenschaften. Nachteilige Gegebenheiten während der Differenzierung wiederum können zu einem normal grossen Gewebe führen, jedoch mit einer veränderten Form und Funktionalität.⁷

Ergebnisse verschiedenster Studien zeigen, dass eine schlechte mütterliche Ernährung während der Schwangerschaft meistens zu Veränderungen auf folgenden Ebenen führt:

• Nieren: Tiere, die Nährstoffdefiziten im fetalen Stadium ausgesetzt sind, haben 30-40 % weniger Nephronen (Funktionseinheit der Niere) als der Durchschnitt.⁷ Studien an Menschen zeigen, dass die australische Aborigine-Population um 20 % häufiger an Nierenversagen leidet als die kaukasische Bevölkerung.⁹
• Gehirn: Forschungsstudien an Ratten beweisen, dass eine Unterernährung die Dichte der Kapillaren im Gehirn reduziert und dass die für die Appetitkontrolle verantwortliche Dichte der Neuronen geringer ist.¹⁰
• Bauchspeicheldrüse: Aufgrund verminderter Ernährungszufuhr haben die Pankreaszellen bei Tieren weniger Langerhanssche Inseln und die Blutversorgung ist reduziert.⁷

Ist das fetale Wachstum eine zuverlässige Messung für die zukünftige Gesundheit eines Babys?

Bisher war das fetale Wachstum (Gewicht und Grösse) eines der am meisten erforschten Themen, um den Zusammenhang zwischen Umweltbedingungen, Fötusentwicklung und Gesundheitsbedingungen im späteren Leben beweisen zu können.

Die von Barker und seinen Kollegen veröffentlichten Forschungsstudien beruhten auf der Beobachtung von tausenden von Menschen, geboren über einen Zeitraum von zwanzig Jahren. Sie haben folgendes gezeigt: Ein geringes Gewicht bei der Geburt gilt als Vorhersage (Prädiktor) für hohen Blutdruck, ein höheres Blutgerinnungsrisiko, eine beeinträchtigte Glukosetoleranz, Diabetes Typ 2 und das metabolische Syndrom.⁷

Andere Faktoren, die zukünftige Gesundheitsbedingungen vorhersagen, sind: verminderter Bauchumfang, grosser Kopfumfang in Bezug auf die Körperlänge und geringes Gewicht im Verhältnis zur Körperlänge.

Die Forschungsstudie von Rosenboom¹¹ über die niederländische Hungersnot und ihre Auswirkungen auf die in dieser Zeit geborenen Kinder zeigt deutlich, dass eine Mangelernährung während der Schwangerschaft die Gesundheit dieser Personen im späteren Leben beeinflusst.

Tierforschungen beweisen, dass die Auswirkungen der Umweltbedingungen über das fetale Wachstum hinausgehen. Aber da dies weniger offensichtlich ist und sich auf verschiedenen Ebenen ausdrückt, ist es schwieriger, es experimentell zu beobachten.

Auch wenn der Fötus normal weiterwächst, kann das Nährstoffdefizit einen gravierenden Einfluss auf die zukünftige Gesundheit haben. Aus dieser Perspektive kann das Geburtsgewicht nicht nur der einzige Gesundheits-Prädiktor für das Erwachsenenleben sein.

Nach der Beobachtung der Kinder, die während und nach der niederländischen Hungersnot zur Welt kamen, stellte Rosenboom fest, dass eine mütterliche Unterernährung während der Schwangerschaft die Gesundheit dauerhaft beeinflussen kann, auch ohne die Grösse des Babys bei der Geburt zu beeinträchtigen.¹⁰ Darüber hinaus hängen die Auswirkungen der Unterernährung vom Zeitpunkt der Schwangerschaft und dem kritischen Zeitfenster der Entwicklung der Organe und der Systeme ab.

Zum Beispiel hatten jene Individuen, deren Mütter vor der holländischen Hungersnot schwanger waren und in der späteren Schwangerschaft einer energiearmen Umgebung ausgesetzt waren, als Erwachsene ein erhöhtes Risiko für Insulinresistenz und beeinträchtigte Glukosetoleranz. Diejenigen, deren Mütter während der Hungersnot schwanger gingen, hatten während des Erwachsenenalters ein erhöhtes Risiko für einen hohen Cholesterinspiegel und koronare Herzkrankheiten.¹¹

Variationen in der mütterlichen Ernährung sind die besten Einflusswerte (Prädiktoren) für fetale Veränderungen und auch der stärkste Antrieb für die „fetale Programmierung“. Allerdings gibt es viele andere Faktoren, die gleichzeitig den Ernährungsstatus des Fötus beeinflussen: die körperliche Verfassung der Mutter, das Alter, die körperliche Aktivität, der Blutfluss zur Plazenta, die Effizienz des Nährstofftransfers, die hormonelle Balance der Mutter usw.

5. Epigenetik ist der Hauptprozess der "Ernährungsprogrammierung"

Die Ernährung der Mutter beeinflusst sowohl die Entwicklung des Fötus (Veränderungen bei der Zellteilung und Differenzierung) als auch dessen Genexpression (epigenetische Prozesse).

Wie Epigenetik funktioniert

Stellen Sie sich den menschlichen Organismus als riesige, komplexe Fabrik vor, wobei die Körperzellen die grundlegenden Arbeitseinheiten sind. Um zu wissen, wie alles funktioniert, benötigen Zellen Informationen, grundlegende Regeln und Abläufe. Diese riesige Datenbank von Regeln und Abläufen befindet sich in der DNA, sorgfältig organisiert in bestimmten Informationssequenzen namens Gene. Es gibt über 20'000 Gene und jede Zelle hat auf alle Zugriff, aber nicht jede Information ist "gelesen" und umgesetzt (implementiert). Die Informationen lassen sich nach weiteren Anweisungen, den sogenannten epigenetischen Markern, selektiv aufrufen und anwenden. Alle diese epigenetischen Marker bilden zusammen das Epigenom, das für jeden Menschen unverwechselbar ist und stark von Umwelteinflüssen abhängt. Lesen Sie hier mehr über den Unterschied zwischen Genetik und Epigenetik.

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Epigenetik (wörtlich "Übergenetik") ist der Prozess einer Hervorhebung oder Definition bestimmter Teile dieser Regeln und Abläufe. "Aktive" Abschnitte sind sichtbar und befehlen den Zellen, sie zu beachten und zu exprimieren. Andere epigenetische Faktoren schalten bestimmte Gene ab und machen sie unzugänglich, sodass die Zellen diese Informationen nicht lesen und anwenden können.

Dieses Phänomen ist am sichtbarsten bei eineiigen Zwillingen, die ihr Leben in verschiedenen Umgebungen verbringen. Auch wenn das Genom (alle erblichen Informationen) dasselbe ist, haben diese beiden Menschen eine andere Körperfunktionalität und andere gesundheitsbezogene Ergebnisse.

Epigenetik – das Gute und das Schlechte

Die Rolle der Epigenetik besteht darin, dem Körper zu helfen, grosse Veränderungen in der Umwelt und im Leben zu bewältigen. Zum Beispiel hilft sie dem Organismus, während Hungersnöten zu überleben, den weiblichen Körper während der Schwangerschaft oder den Körper von Jugendlichen in der Pubertät zu verändern.

Probleme treten auf, wenn diese epigenetischen Veränderungen beginnen, Krankheiten zu erzeugen. Manchmal sind die aktiv gemachten Gene mit bestimmten Krankheiten assoziiert. Krebs könnte zum Beispiel durch das Aktivieren von zu vielen wachstumsfördernden Genen - oder im Gegenteil durch das Ausschalten von tumorunterdrückenden Genen - entstehen.

Epigenetische Veränderungen sind vererbbar

Es ist eine wichtige Tatsache, dass diese epigenetischen Marker nicht fixiert sind. Sie sind während des gesamten Lebens veränderbar, z.B. unter dem Einfluss von Ernährung und Umwelt. Einige können sogar von früheren Generationen her vererbt sein und lassen sich weiter übertragen.

In einem Experiment des Zentrums für Reproduktionsbiologie an der Washington State University setzte man schwangere Ratten relativ hohen Mengen an Methoxychlor (Insektizid) und Vinclozolin (Fungizid) aus. Infolgedessen wiesen männliche Nachkommen eine verminderte Spermienproduktion und eine erhöhte Unfruchtbarkeit auf. Die Forschungsstudie zeigte, dass die Ursache dieser Manifestationen ein Methylierungsprozess war, der zwei Gene beeinflusste. Die nächsten vier Generationen beobachtete man ohne Verabreichung von Pestizid-Substanzen. 90 % der männlichen Ratten zeigten die gleichen negativen Auswirkungen.¹⁴

Studien von Dr. Erica Watson an der Universität von Cambridge dokumentieren: Weisen entweder die mütterliche Grossmutter oder der mütterliche Grossvater eine spezifische genetische Mutation auf (bekannt als Mtrr-Mutation), die einen Folsäure-Mangel verursacht, sind ihre genetisch normalen Enkel, welche die genetische Mutation nicht geerbt haben, noch immer dem Risiko bestimmter Entwicklungsstörungen ausgesetzt.¹⁶

6. Wie Ihr Lebensstil die Gesundheit Ihrer Kinder beeinflussen kann

Für lange Zeit hielten Wissenschaftler daran fest, dass sich Unterernährung und westliche Krankheiten gegenseitig ausschliessen. Überraschenderweise zeigen Experimente mit Einschränkung der Ernährungszufuhr bei schwangeren Tieren die gleichen Ergebnisse bei den Nachkommen wie Experimente, bei denen die Tiere überernährt waren: hoher Blutdruck, Glukoseintoleranz, Insulinresistenz und eine grössere Prädisposition gegenüber Fettleibigkeit.¹⁷

Hier sind die wichtigsten Auswirkungen der elterlichen Ernährung, des Gewichts und des Lebensstils der Eltern (vor und nach der Empfängnis) auf ihre Nachkommen:

Der Schweregrad dieser Effekte hängt mit der Dauer der Exposition und der Menge der Schadstoffe zusammen - sowie mit der Entwicklungsperiode, in welcher der schädliche Einfluss auftritt.

Bis vor kurzem waren Wissenschaftler der Ansicht, dass epigenetische Marker, welche die Gene des Fötus beeinflussen, eine dauerhafte Wirkung auf seine Gesundheit und sein Wohlbefinden haben. Neue Forschungen untersuchen, ob diese epigenetischen Marker auch im Erwachsenenalter flexibel bleiben. Dies wäre positiv, wenn sich die Umgebungsbedingungen günstig verändern.

Jede Person trägt die Verantwortung für seine eigenen Gene, Gottfried Schatz

Mit anderen Worten, auch wenn gewisse epigenetische Modifikationen während des fetalen Stadiums stattfanden und im Erwachsenenalter zu gesundheitlichen Einschränkungen führen, wäre es möglich, diese Wirkung im Erwachsenenalter abzuschwächen oder umzukehren. Der ständige Kontakt mit positiven Umgebungsreizen (z.B. gesunde Ernährung und Lebensstil, positive Emotionen) könnte die Aktivierung oder Abschaltung der Gene verändern, chronische Krankheiten wie Krebs, Diabetes, Bluthochdruck und Herzprobleme verhindern oder umkehren.

Die meisten dieser Erkenntnisse sind immer noch sehr spekulativ. Jedoch gibt es eine steigende Anzahl an Forschungen über epigenetische Modifikationen und Ernährungs-Programmierung, die untersuchen, welche Auswirkungen die Ernährung der Eltern und ihre Entscheidungen bezüglich Lebensstil auf ihre Kinder haben.