Barm en brein

De wederzijdse relatie tussen een herseninfarct en het darmmicrobioom

Jaarlijks krijgen in Nederland rond de 40.000 mensen een beroerte waarbij het in ongeveer 85% van de gevallen gaat om een herseninfarct. Er wordt verwacht dat dit aantal gaat toenemen in de aankomende jaren vanwege de vergrijzing en de welvaartsziekten. Bij een herseninfarct wordt een bloedvat in de hersenen afgesloten door een bloedpropje. Hierdoor krijgt het deel van de hersenen onvoldoende tot geen zuurstof met als gevolg het afsterven van die hersencellen en het uitvallen van bepaalde hersenfuncties. Dit resulteert in verschillende neurologische symptomen, bijvoorbeeld een afhangende mondhoek, een verlamming van een ledemaat, coördinatieproblemen of een veranderde spraak. Binnen een paar uur na het ontstaan van de klachten is het nog mogelijk om een behandeling te geven waarbij het bloedstolsel wordt opgelost of wordt weggehaald. Echter is dit lang niet bij alle mensen met een herseninfarct mogelijk en hebben de resterende klachten een grote impact op het dagelijks leven. Daarom wordt nog steeds onderzocht of er mogelijke behandelingen zijn die de klachten kunnen verhelpen of kunnen verminderen. Recentelijk heeft een onderzoeksgroep een verband aangetoond tussen het optreden van een herseninfarct en een verandering in de samenstelling van het darmmicrobioom.

In het eerste deel van het onderzoek is de samenstelling van het darmmicrobioom onderzocht bij 28 patiënten die een herseninfarct kregen. Gedurende een maand na het optreden van het herseninfarct was er een disbalans in de samenstelling van het microbioom te zien en deze disbalans herstelde zich weer in de maanden erna. De verandering in het microbioom werd voornamelijk bepaald door een enorme groei van de bacteriegroep Enterobacteriaceae. Daarbij was er ook een toename van de bacteriegroepen Ruminococcaceae, Veillonellaceae en Lachnospiraceae en een afname van Bacteroidaceae en Prevotellaceae.  

“Gedurende een maand na het optreden van het herseninfarct was er een disbalans in de samenstelling van het microbioom te zien…”

De rol van
Enterobacteriaceae?

Om te bepalen welk effect de groei van Enterobacteriaceae had op de prognose van het herseninfarct is de hoeveelheid Enterobacteriaceae in het microbioom van 124 andere patiënten onderzocht binnen 48 uur na het krijgen van een herseninfarct. De uitkomst was dat de patiënten die een slechtere prognose hadden (<40% verbetering van de klachten na één week) een hoger aantal Enterobacteriaceae in de samenstelling van hun microbioom hadden in de 48 uur na het herseninfarct. Dit suggereert dat deze bacterie een onafhankelijke risicofactor kan zijn voor een slechte uitkomst na het krijgen van een herseninfarct.

Hierna hebben de onderzoekers gekeken of de toename van Enterobacteriaceae ook het geval was bij proefmuizen waarbij een herseninfarct was opgewekt. Vervolgens zou een verklaring kunnen worden gezocht waarom deze bacteriegroep een invloed heeft op de uitkomst van het herseninfarct. Bij de muizen was dezelfde verandering te zien in de samenstelling van het microbioom, namelijk een disbalans in de samenstelling net na het optreden van het herseninfarct en de grootste toename was te zien in de bacteriegroep Enterobacteriaceae. Echter trad herstel van het microbioom bij de muizen al op na drie dagen, dus dat was sneller dan bij de patiënten hierboven beschreven. De stofwisseling (in dit geval het glutathion metabolisme) zou een rol kunnen spelen in het optreden van een disbalans in het microbioom na een herseninfarct, want dit metabolisme was verhoogd in de darm van de muizen na het herseninfarct. Het glutathion metabolisme in de darm is een proces dat geactiveerd kan worden door een verminderde doorbloeding (ischemie) en door het herstel van de bloedstroom (reperfusie). Vandaar dat de gedachte is dat de darmen tijdens een herseninfarct ook te weinig bloed krijgen, net als de hersenen. Bij de muizen werd aangetoond dat de bloedstroom in de darmen ook daadwerkelijk verminderde na het optreden van het herseninfarct.

Het lijkt er dus op dat na een herseninfarct er een toename is van Enterobacteriaceae in het darmmicrobioom en dat er een verminderde doorbloeding is in de darmen. De onderzoekers hebben ook gekeken of er een relatie is tussen deze twee resultaten. Ze concludeerden dat er door de verminderde doorbloeding in de darmen twee soorten stofjes werden aangemaakt, namelijk superoxide en stikstofoxide, en dat deze stofjes tijdelijk verhoogd waren na een herseninfarct. Superoxide en stikstofoxide kunnen met elkaar reageren waardoor ze enerzijds nitraat kunnen vormen en anderzijds kunnen zorgen voor een verhoogde doorlaatbaarheid van de darmwand. Uit eerder onderzoek is gebleken dat nitraat een overgroei van Enterobacteriaceae kan stimuleren.

Er zijn dus aanwijzingen dat een herseninfarct invloed heeft op de samenstelling van het microbioom, maar de onderzoekers hebben ook aangetoond dat Escherichia coli (behoort tot de Enterobacteriaceae) het infarct in de hersenen kan vergroten. Hierbij zou het afweersysteem een rol kunnen spelen omdat een overgroei van Escherichia coli in de darm na een herseninfarct het afweersysteem zou kunnen activeren. Het microbioom en het herseninfarct lijken dus een wederzijdse relatie met elkaar te hebben.

Een mogelijke behandeling?

In het laatste deel van het onderzoek is gekeken of er een behandeling mogelijk is die invloed heeft op de overgroei van Enterobacteriaceae na een herseninfarct. Drie soorten medicijnen zijn getest in muizen, namelijk aminoguanidine (remt stikstofoxide), superoxide dismutase (remt superoxide) en tungstate (remt nitraat opname door Enterobacteriaceae). Deze medicijnen werden gegeven aan de muizen één uur na het herseninfarct. Het bleek dat alle drie de medicijnen zorgde voor een afname van Enterobacteriaceae en daarmee voor een herstel van de samenstelling van het microbioom. Daarbij was het infarct in de hersenen minder uitgebreid in de groep muizen die behandeld waren dan bij de muizen niet geen behandeling hadden gekregen.

Samenvattend lijkt er dus een wederzijdse relatie te zijn tussen het optreden van een herseninfarct en een verandering in de samenstelling van het darmmicrobioom. De gedachte is dat de doorbloeding in de darmen na een herseninfarct verminderd kan zijn waardoor nitraat wordt gevormd uit superoxide en stikstofoxide. Dit gevormde nitraat zou een overgroei van de bacteriegroep Enterobacteriaceae kunnen veroorzaken en daarmee kunnen zorgen voor een disbalans in de samenstelling van het microbioom. Andersom lijkt deze disbalans weer invloed te hebben op de grootte van het infarct. Drie medicijnen die invloed hebben op dit proces ondersteunen deze gedachte en zouden wellicht gunstig kunnen zijn voor patiënten met een herseninfarct.

Bron: Xu K, Gao X, Xia G, Chen M, Zeng N, Wang S, You C, Tian X, Di H, Tang W, Li P, Wang H, Zeng X, Tan C, Meng F, Li H, He Y, Zhou H, Yin J. Rapid gut dysbiosis induced by stroke exacerbates brain infarction in turn. Gut. 2021 Feb 8:gutjnl-2020-323263.

Lees ook: