Jeannette Widmer, Marco Bueter, Andreas Thalheimer

Wirkmechanismen der bariatrisch-metabolischen Chirurgie – ein Update

Weltweit ist die Prävalenz der Adipositas als chronischer Krankheit und deren assoziierten Komorbiditäten wie Diabetes mellitus Typ 2, arterielle Hypertonie, Dyslipid­ämie und kardiovaskuläre Erkrankungen auch in Niedriglohnländern stetig steigend. Bedingt durch die physischen, psychischen und sozialen Folgeprobleme der Adipositas kann man durchaus von einer internationalen Gesundheitskrise sprechen. Wohlbefinden, Lebensqualität und auch Lebenserwartung sind durch das deutlich erhöhte Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko der Betroffenen massiv beeinträchtigt, die sich daraus ergebenden Gesundheitskosten sind erheblich.
Das Verständnis der physiologischen Regulation von Hunger und Sättigung sowie der zugrundeliegenden Pathophysiologie der Adipositas hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Aber auch wenn diese Erkenntnisse in neue und durchaus vielversprechende medikamentöse Therapien der Adipositas umgesetzt wurden, ist die Auswahl an erfolgsversprechenden konservativen Behandlungsstrategien bei übergewichtigen Personen noch immer sehr begrenzt. Hinzu kommt, dass der Erfolg neuer pharmakologischer Optionen in der Regel immer von einem erheblichen Nebenwirkungsspektrum begleitet wird, das die Einsatzmöglichkeiten der neuen Medikamente deutlich limitiert. Deshalb ist es nicht überraschend, dass das Geschäft mit Diäten nach wie vor ungebrochen floriert und jede Saison neue Trends zu beobachten sind – die allerdings bisher nur unzureichende oder allenfalls vorübergehende Erfolge erzielen.

Die physiologischen Mechanismen, die nach einem Eingriff zu Gewichtsreduktion und Veränderung des Stoffwechsels führen, sind komplex und heterogen
Bis auf weiteres ist daher die bariatrische Chirurgie die effektivste Therapie der Adipositas und ihrer assoziierten Begleiterkrankungen. Die zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen, die nach einem Eingriff zu Gewichtsreduktion und Veränderung des Stoffwechsels führen, sind komplex und heterogen. Aber auch wenn diese Mechanismen im Detail noch nicht vollständig geklärt und verstanden sind, gilt es mittlerweile unter Experten als gesichert, dass entgegen initialer Annahmen eine mechanische Restriktion sowie eine kalorische Malabsorption – wenn überhaupt – allenfalls eine untergeordnete Rolle spielen. Stattdessen scheint eine veränderte Kommunikation zwischen Magen-Darm-Trakt, metabolischen Schlüsselorganen und Gehirn eine zentrale Rolle in der vielfältigen Wirksamkeit der bariatrischen Chirurgie einzunehmen. Vor dem Hintergrund der zur Verfügung stehenden Daten ist deshalb davon auszugehen, dass hauptsächlich ein Zusammenspiel verschiedener physiologischer Abläufe auf endokrinologischer, neurologischer und behavioristischer Ebene für die klinischen Effekte verantwortlich ist. Ziel dieses Beitrags ist es, die wichtigsten physiologischen Wirkmechanismen der bariatrischen Chirurgie vorzustellen und zu erläutern.

Die weltweit häufigsten bariatrischen Eingriffe sind der Schlauchmagen und der Magen-Bypass
Der weltweit häufigste adipositaschirurgische Eingriff ist die Schlauchmagen-Operation (= Sleeve-Gastrektomie, SG) mit 46 Prozent, gefolgt vom proximalen Roux-en-Y-Magen-Bypass (Roux-en-Y Gastric Bypass, RYGB) mit 39 Prozent. Beim Schlauchmagen werden rund 90 Prozent des Magenvolumens großkurvaturseitig reseziert, so dass nur noch ein schlauchförmiger Restmagen mit einem Volumen von 80 bis 100 Milliliter verbleibt. Die anatomische Nahrungspassage und die Durchmischung mit den Verdauungssekreten werden durch diese Operation nicht verändert, jedoch gelangt die Nahrung deutlich schneller ins Duodenum und Jejunum.
Das Prinzip des Roux-en-Y-Magen-Bypasses ist die Trennung von Speisebrei und Verdauungssäften im oberen Gastrointestinaltrakt. Dazu wird ein kleiner Magenpouch direkt unterhalb des gastro-ösophagealen Übergangs vom restlichen Magen abgetrennt. Der Restmagen, der somit nicht mehr in der Nahrungspassage liegt, verbleibt in situ. Das Jejunum wird anschließend zirka 70 Zentimeter aboral der Flexura duodenojejunalis (Treitz’sche Flexur) durchtrennt und als sogenannter alimentärer Schenkel mit dem Magen-Pouch anastomosiert (sog. Gastrojejunostomie). Anschließend wird der proximale Abschnitt des Jejunums, in dem die Verdauungssäfte ohne Kontakt zum Nahrungsbrei transportiert werden (biliopankreatischer Schenkel) etwa 150 Zentimeter aboral der Gastrojejunostomie Seit-zu-Seit mit dem alimentären Schenkel des Jejunums verbunden.

Der zentrale Effekt aller erfolgreichen bariatrischen Eingriffe ist ein reduziertes Hungergefühl und eine gesteigerte postprandiale Sättigung sowie Sattheit
Während die „Sättigung“ bei der Einnahme einer Mahlzeit entsteht und schlussendlich das Ende der Mahlzeit und damit des Hungers terminiert, beschreibt die „Sattheit“ die zeitliche Phase zwischen zwei Mahlzeiten, in der kein Hunger erlebt wird. Erreicht wird dies partiell durch Stimulation in bestimmten hypothalamischen Hirnarealen, in denen das Zusammenspiel zwischen Energieaufnahme und Energieumsatz reguliert wird. Ein homöostatisches Hypothalamus-System gewährleistet Gewichtsstabilität, schützt jedoch zuverlässiger vor Gewichtsverlust als vor Gewichtszunahme. Die chirurgisch modifizierte Anatomie nach bariatrischen Eingriffen scheint zu einer veränderten hormonellen und neuralen Kommunikation zwischen Gastrointestinaltrakt und zentralen Steuerungsregionen des Gehirns zu führen.
Zahlreiche klinische und präklinische Untersuchungen haben in den letzten Jahren unterschiedliche Ebenen dieser veränderten Kommunikation insbesondere nach RYGB- und SG-Operationen beschrieben. Insbesondere das postoperativ veränderte Profil gastrointestinaler Hormone, ein modifizierter Energieumsatz, Veränderungen des intestinalen Mikrobioms sowie des Gallensäuremetabolismus und eine veränderte Nahrungspräferenz haben hierbei besondere Aufmerksamkeit erhalten. Im Folgenden werden wir diese potentiellen postbariatrischen Effekte deshalb etwas näher betrachten.

Abbildung 1_Klassischer Roux-en-Y-Magen-Bypass. a) alimentäre Jejunumschlinge, b) biliopankreatische Jejunumschlinge.

Gastrointestinale Hormone wie GLP-1 und PYY spielen eine zentrale Rolle bei der physiologischen Regulation des Essverhaltens
Die Effekte verschiedener adipositaschirurgischer Operationen auf die endokrine Physiologie des Gastrointestinaltraktes war in den letzten zwei Jahrzehnten Gegenstand intensiver Forschungsbemühungen. Zahlreiche mechanistische Studien an Menschen und Tieren untersuchten die Auswirkungen der chirurgischen Intervention auf die Spiegel und Wirkungen verschiedener gastrointestinaler Hormone. Heute wissen wir, dass gastrointestinale Hormone, wie das „Glucagon-like peptide-1“ (GLP-1) und das Peptid Tyrosyl-Tyrosin (PYY) eine zentrale Rolle bei der physiologischen Regulation des Essverhaltens spielen. Sowohl GLP-1 als auch PYY werden nach Nahrungsaufnahme von den enteroendokrinen L-Zellen synthetisiert und anschließend freigesetzt. L-Zellen finden sich vor allem im terminalen Ileum und im Kolon [1]. Beide Hormone gehören zu den sogenannten Sättigungshormonen mit anorektischer Wirkung. Über eine neuroendokrine Signalvermittlung zum Hypothalamus bewirken sie eine Senkung des Hunger- und eine Steigerung des Sättigungsgefühls, was in der Folge zu einer reduzierten Nahrungsaufnahme führt [2].
GLP-1 und PYY werden vermehrt ausgeschüttet, wenn die L-Zellen durch Nahrung stimuliert werden. Bei der Sleeve-Gastrektomie und noch mehr beim RYGB kommt es zu einer schnellen Magenentleerung und verstärkten Exposition der L-Zellen mit Nahrungsbestandteilen, was wiederum zu einer erhöhten hormonellen Sekretion führt. Patienten mit weniger Gewichtsverlust nach bariatrischen Eingriffen beschreiben häufig ein gesteigertes Hungergefühl, sowie eine kürzere Sattheit, was mit tieferen GLP-1- und PYY-Spiegeln assoziiert ist [3]. RYGB-Patienten mit größerer Gewichtsabnahme zeigen höhere GLP-1- und PYY-Spiegel („good responders“) als Patienten, die weniger Gewicht verlieren („poor responders“) [4].

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