Oxidativer Stress
Im Organismus sind auch reaktionsfreudigen Formen des Sauerstoffs vorhanden. Wenn sich das Gleichgewicht im Körper zugunsten der oxidationsfördernden Prozesse verschiebt, bedeutet das fürihn oxidativen Streß. Für die Alterung der Körperzellen werden zum Teil so genannte Freie Radikale verantwortlich gemacht. Dies ist eine Folge des oxidativen Streß. Maßnahmen, die diesen Alterungsprozess hemmen sollen, werden als Anti-Aging bezeichnet. Freie Radikale werden immer öfter in Zusammenhang mit der Entstehung verschiedener Krankheiten, vor allem Arteriosklerose und Krebs, erwähnt. Im gleichen Zusammenhang wird auch von sogenannten Radikalfängern gesprochen, die vor den negativen Auswirkungen der freien Radikale schützen.
GrundlagenDefinition: Freie RadikaleFreie Radikale sind Atome oder Moleküle, die ein oder mehrere ungepaarte (freie) Elektronen besitzen. Ein ungepaartes oder auch "einsames" Elektronenpaar belegt dabei ein Orbital allein. Sauerstoffradikalen, die definitionsgemäß Radikale des Sauerstoffs darstellen, gilt ein besonderes Interesse, da sie im menschlichen Körper ganz natürlich während der Energieerzeugung aber auch durch äußere Einflüsse entstehen. Sauerstoffradikale sind z.B.:
Sauerstoffradikale sind z.B.:- Superoxidanionradikal (O2°-)
- Perhydroxylradikal (HOO°)
- Wasserstoffperoxid (H2O2)
- Hydroxylradikal (HO°)
- Aloxylradikal (RO°)
- Peroxylradikal (ROO°)
- Hydroperoxyd (ROOH)
Warum sind Sauerstoffradikale gefährlich?Sauerstoffradikale oder auch reaktive Sauerstofformen schädigen eine Vielzahl zellulärer
Verbindungen. Da einsame Elektronen danach streben, ein Elektronenpaar zu bilden, sind freie
Radikale besonders reaktionsfreudig. Die Reaktionsfreudigkeit läßt sich dabei direkt an der
Halbwertzeit des Radikals ablesen: Je kleiner diese ist, desto reaktionsfreudiger ist das Radikal.
Die folgende Tabelle gibt hierzu einen kleinen Überblick:
- Hydroxylradikal (HO°) 10-9 sek
- Singulettsauerstoff (O2) 10 sek
- Alkoxylradikal (RO°) 10-6 sek
- Peroxylradikal (ROO°) 7 sek
- Nitritoxiradikal (NO°) 1 - 10 sek
Von besonderer Bedeutung dabei sind mögliche Schädigungen der Basen von Nucleinsäuren (v.a. Thymin und Guanin), die letztendlich die Veränderung der Chromosomen und damit des Erbgutes nach sich ziehen können. Auch Proteine werden durch freie Radikale angegriffen. Werden veränderte Proteine z.B. in Enzyme eingebaut, kann deren Aktivität drastisch reduziert werden. Während Kohlenhydratverbindungen kaum durch Sauerstoffradikale geschädigt werden, treten bei Lipiden große Schädigungen auf. Da Lipide ein Hauptbestandteil von Membranen (z.B. Zellmembranen) sind, können hier ganz empfindliche Störungen der Membraneigenschaften hervorgerufen werden. Besonders anfällig für eine Schädigung durch Sauerstoffradikale sind ungesättigte Fettsäuren. Diese werden besonders bevorzugt, da die Doppelbindungen die benachbarten CH-Bindungen schwächen. Durch den Angriff des Sauerstoffradikals kommt es bei Fettsäuren zur Bildung von Peroxiden. Dieser Angriff kann, je nachdem, ob das Sauerstoffradikal an der Doppelbindung oder an der Alkylgruppe angreift, unterschiedlich aussehen.
Oxidativer StreßDa, wie oben schon erwähnt, die reaktiven Sauerstoffverbindungen auch beim ganz normalen Stoffwechselgeschehen (bei der unvollständigen Reduzierung des Sauerstoffs zu Wasser) entstehen, war in der Evolution des Menschen die Ausbildung von Schutzmechanismen notwendig.
Normalerweise liegt zwischen oxidativen und reduktiven Prozessen ein Gleichgewicht vor. Überwiegen jedoch die oxidativen Reaktionen, spricht man vom "oxidativen Streß". Ursache für oxidativen Streß können folgende Faktoren sein: - Nikotin
- Alkohol
- Ionisierende Strahlung (Fernseher, Computerbildschirm, Handy, UV-Strahlung, Strahlentherapie)
- Ozon
- Smog
- Einseitige (vitaminarme) Ernährung, reich an tierischen Fetten.
- Besondere körperliche Belastungen (Spitzensport, gewisse chronische Erkrankungen- wie
- autoimmun Erkrankungen)
- manche medizinische Therapien (Chemotherapie)
Entgiftungsmechanismen des KörpersUnterschieden werden können dabei Schutzmechanismen auf enzymatischer und auf nichtenzymatischer Basis. Beispiele nichtenzymatischer Antioxidantien - Vitamin E
- Vitamin C
- Beta-Carotin
- Sekundäre Pflanzenstoffe (z.B. Flavonoide, Polyphenole)
- Spurenelemente (Zink, Selen, Magnesium, Kalium, Eisen)
Vitamin E schützt Lipide im wesentlichen dadurch, daß es die radikalische Kettenreaktion abbricht.Es spendet den Radikalen ein Elektron, wird selbst zum Radikal, reagiert aber nicht weiter. Vitamin C regeneriert "verbrauchtes" Vitamin E, während der Mechanismus der antioxidativen Wirkung von Beta-Carotin noch nicht gänzlich geklärt ist. Flavonoide (besonders Catechin, Epicatechin, Quercetin und Resveratrol) verhindern den oxidativen Abbau von Vitamin E.
Beispiele enzymatischer Antioxidantien- Glutathionperoxidase
- Superoxiddismutase
- Hydroxyperoxidase
Die Glutathionperoxidase (als wichtigstes Antioxidanz) reduziert Sauerstoff- und Lipidperoxide. Glutathion ist ein Tripeptid (Glycin, Cystein, Glutamt). Die Glutathionperoxidase enthält als weiteren wichtigen Baustein noch Selen. Die Glutathionperoxidase kann durch die Glutathionreductase regeneriert werden.
Medizinische KonsequenzenFür einen Zusammenhang zwischen der Entstehung von Arteriosklerose und der Lipidperoxidation spricht die in vitro beobachtete Oxidation von LDL. Oxidiertes LDL kann nicht mehr an die für es vorgesehenen Rezeptoren binden und zeigt daraufhin ausgeprägte zytotoxische Wirkungen. Es kommt es zu einer vermehrten Umwandlung von Monocyten in Makrophagen, die mittels eines speziellen Rezeptors (des Scavenger-Rezeptors) oxidiertes LDL binden können. Da dieser Rezeptor nicht (wie beim normalen LDL-Rezeptor) durch einen hohen intrazellulären Cholesterinspiegel gehemmt wird, kommt es zu einer Anhäufung des Cholesterins in den Makrophagen, die sich daraufhin zu sogenannten Schaumzellen umbilden. Die Schaumzellen begünstigen wiederum Bindegewebseinlagerungen, die zur Ausbildung arteriosklerotischer Plaques führen. Im Rahmen der Krebsentstehung dürften hingegen die Veränderungen an der Erbsubstanz, der DNS
verantworlich sein, die vor allem zur Veränderung der Enden (Telomeren), aber auch zu Kettenbrüchen führen dürften und damit zur Transformierung von normalen Zellen, in Krebszellen beitragen dürften. Dies geschieht über Veränderungen von so genannten Protoonkogenen, die eine wichtige Rolle im Rahmen des programmierten Zelltodes spielen. Dieser ist die Grundvoraussetzung, dass sich Zellen die Zellen unseres Körpers erneuern können und beschädigte Zellen abgebaut werden. Die zweite Mechanismus betrifft die Zellteilung, die unter strenger Kontrolle ebenfalls der Erbsubstanz stehen. Auch dieser wird von diesen Onkogenen mit reguliert. Beide Vorgänge sind epidemiologisch inzwischen sehr gut belegt. Dies bedeutet, dass bei Menschen mit hohem oxidativen Stress, bzw. niedrigen Abwehrmechanismen, das Auftreten dieser Erkrankungen deutlich gehäuft ist. Es ist jedoch die Datenlage bezüglich einer Intervention (dies bedeutet- die Gabe von Antioxidantien, wie bestimmten Vitaminen und Spurenelementen) derzeit noch uneinheitlich, obwohl es hierzu schon einige groß angelegte Studien gab. Die Ursache dafür dürfte jedoch auch im Design der Untersuchungen meist von Einzelsubstanzen, bzw. ohne vorherige Bestimmung des oxidativen Stress liegen und somit ohne das Wissen, ob diese Substanz auch tatsächlich dem jeweiligen Patienten gerade fehlt. Es wären somit so genannte Interventionsstudien mit der Gabe von allen notwendigen Vitaminen und Spurenelementen notwendig, oder die vorherige Bestimmung dieser Parameter notwendig, um den endgültigen wissenschaftlichen Beweis für die Wirksamkeit einer solchen Therapie zu liefern. Ernährungsempfehlungen Der gesunde Erwachsene, der keinem besonderen oxidativen Streß ausgesetzt ist, benötigt keine spezielle Radikaldiät oder gar Tabletten. Werden die folgenden Ernährungsempfehlungen (der DGE) eingehalten, besteht für gesunde Menschen ohne zusätzliche Risikofaktoren keine Gefahr:
Täglicher Verzehr von ca. 200/250 g Gemüse und ca. 75 g Rohkost (günstig sind, wegen des hohen
Gehalt an Carotinoiden, dunkelgrüne und orangefarbene Gemüsesorten). Dabei sollte vorwiegend Gemüse und Obst der Saison, das reif geerntet worden ist, gegessen werden. (Höherer Gehalt sekundärer Pflanzenstoffe). Regelmäßiger Verzehr von Obst (ca. 200/250 g am Tag). Da Öle mit einem hohen Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren besonders anfällig für die Bildung von Peroxiden sind, diese nicht vermehrt verzehren und nicht überlagern! Solche auswählen, die einen hohen Anteil Vitamin E (Sonnenblumenöl, Weizenkeimöl, Olivenöl) besitzen.
Diese Ernährungsempfehlungen gelten selbstverständlich auch für belastete Menschen ebenso. Hier kann es jedoch durchaus Sinn machen zusätzlich bei erhöhtem Bedarf oder erhöhtem Verbrauches von Antioxidantien diese zusätzlich in Form einer Nahrungsergänzung zu zu führen.
Kommendes Jahr werden wir voraussichtlich auch einen Test anbieten, mit dem sich sowohl der oxidative Stress und auch die antioxidativen Abwehrmechanismen messen lassen und somit eine
Hilfestellung zur Therapieindikation und Therapiekontrolle bietet.
Dr. Quinton Nov. 2007 |
