Die Krux mit dem oxidativen Stress und Antioxidantien

13. September 2015 |  Kategorie: Blog

Oxidativer Stress gilt als ein wesentlicher Alterungsgrund. Trotz fortgeschritte­ner Forschungslage lassen sich daraus nur mühsam, wenn gar nicht fundierte Interventionen ableiten.

Ein im Alltag zu beobachtendes Phänomen ist das Rosten von Metall. Leider ist dasselbe Prinzip beim Stoffwechsel eines jeden auf Sauerstoff angewiesenen Lebewesens vorzufinden, nämlich die Oxidation von Stoffen, also deren Reaktion mit Sauerstoff. Wie beim derartigen Altern des Metalls werden die oxidativen Vorgänge auch beim Menschen für dessen Alterung verantwortlich gemacht. Diesem sog. oxidativen Stress hat sich zwar seit geraumer Zeit die medizinische Forschung angenommen und auch viele Erkenntnisse über einzelne Schadensmechanismen geliefert, dennoch lassen sich daraus schwerlich fundierte Interventionen ableiten. Die Gründe werden im Folgenden erörtert.

1. Begriffsverwirrung auf Seite des oxidativen Stresses

Für den oxidativen Stress werden wahlweise freie Radikale oder reaktive Sauerstoffspezies (Reactive Oxygen Species / ROS) verantwortlich gemacht. Trotz häufiger Ineinssetzung sind dies aber nicht identische Begriffe. Freie Radikale sind chemische Verbindungen aller Art mit ungepaarten Elektronen, d. h. welchen mit fehlendem „Partner“ auf derselben Orbitalbahn (z. B. Superoxidanion-Radikal), was die Oxidation begründet. Hingegen sind ROS bloß reaktionsfreudige Formen des Sauerstoffs, die aber nicht notwendigerweise ungepaarte Elektronen aufweisen (z. B. H₂O₂).^[1] Daher zählen zu freien Radikalen auch Stickstoffverbindungen mit freien Elektronen, die beim nitrosativen Stress eine Rolle spielen, zudem auch dergleichen Schwefelverbindungen als weiterer hypothetischer Grund des Alterns.^[2] Doch auch bei beiden letzteren wird die Grenze zu den jeweiligen reaktiven Spezies als Oberbegriff nicht scharf gezogen. Alles in allem werden die Begriffe nicht trennscharf gehandhabt, was insbesondere den Laien zu vorschnellen Schlüssen verleitet. Daneben lassen sich noch Prooxidantien ins Feld führen. Dies sind Stoffe, die eine Synthese der ROS herbeiführen (z. B. Homocystein)^[3] und leicht mit den Oxidationsmitteln selbst verwechselt werden können.

Auch hinsichtlich der Definition des oxidativen Stresses wird Verwirrung gestiftet. Eigentlich ist ein Ungleichgewicht zwischen den ROS und den diese neutralisierenden Antioxidantien vermeint, sodass Zellgewebe, Proteine oder Lipide oxidiert werden. Hin und wieder wird bereits die Synthese der ROS als oxidativer Stress bezeichnet, spätestens jedoch das Vorliegen irreversibler Schäden. Einigkeit herrscht jedenfalls darüber, dass die ROS-Synthese nebst äußerlicher Induktion wie bei UV-Bestrahlung ein völlig natürlicher Stoffwechselvorgang ist und die ROS wichtige Funktionen übernehmen, u. a.: Gefäßerweiterung, Immunabwehr, Ankurbelung körpereigener Antioxidantien. Gerade Letzteres erfolgt scheinbar erst ab einem bestimmten Schwellwert der ROS-Konzentration und dies dann aber umso effektiver; Fachbegriff hierfür ist Mitohormesis. Unter dem Schwellwert liegt sodann womöglich höheres Schadenspotential vor als darüber.^[4] Dies spricht klar gegen die Bemessung des oxidativen Stresses alleine anhand des Ausmaßes der ROS-Synthese oder -Konzentration und angesichts der anderen Funktionen der ROS ist deren radikale Bekämpfung durchaus fragwürdig. Vermeintlich spricht die Überführung von Megadosen von Antioxidantien als gesundheitsschädlich dafür.^[5] Unklar ist aber, ob nicht in erster Linie Nebeneffekte ohne Zusammenhang mit den ROS verantwortlich sind, möglich ist zudem eine paradox erscheinende Ankurbelung der ROS.^[6]

2. Begriffsverwirrung auf Seite der Antioxidantien

Wozu angesichts der Risiken und positiver Nutzen moderater ROS-Level dann noch überhaupt auf die Zufuhr von Antioxidantien achten? Hierfür gibt es durchaus gute Gründe. Antioxidantien aus Nahrung wirken überaus synergetisch mit dem körpereigenen Schutzsystem und so manifestiert sich Mangelernährung u. a. in einem gestörten Stoffwechsel durch hohe Konzentration an ROS. Bspwl. lässt eine Diät frei von dem Antioxidans Vitamin B5 Ratten ergrauen,^[7] was Folge der Akkumulation des ROS H₂O₂ ist.^[8] Auch bei von außen herbeigeführter hoher ROS-Synthese wie bei Sonnen­brand kann eine Imbalance entstehen, die eine Supplementation sinnvoll erscheinen lässt. Jedoch werden verschiedene Arten von Antioxidantien mit völlig unterschiedlichen Wirkweisen unterschieden,^[9] sodass angesichts unterschiedlicher Erfolgsaussichten und Nebenwirkungen nicht wahllos zu entsprechenden Mitteln gegriffen werden kann.

Am geläufigsten sind die ROS-Abbauhelfer, genannt Scavenger. Diese Reduktionsmittel oxidieren bei Kontakt mit den ROS, d. h. geben ein Elektron ab, während sie die Oxidations­mittel ROS reduzieren, welche ein Elektron aufnehmen. Infolgedessen sind die ROS neutralisiert, bevor diese toxisch wirken. Typische Vertreter sind Vitamine (u. a. B12)^[10], Spurenelemente oder Polyphenole. Besonders effektiv und in Tierversuchen lebensver­längernd (+44 %)^[11] sind Scavenger, die die körpereigenen Antioxidantien nachahmen (mimetics). Eine weitere Klasse von Antioxidantien zeichnet sich durch die Hemmung von Prozessen, die der ROS-Synthese zugrunde liegen, aus. Ein Beispiel für solche ROS-Synthese-Hemmer ist das Parkinson-Medikament Selegilin, welches die ROS ankurbelnden Monoamin­ooxidase-Enzyme blockiert und Ratten über 30 % höhere Lebenserwartung beschert.^[12] Auch demnach wäre die isolierte starke Unterdrückung der ROS durchaus wünschenswert. Vitamin B12, das als Cofaktor zum Abbau des Prooxidans Homocystein gebraucht wird, zählt ebenso zu den Hemmern.^[13] Erkennbar wirken manchen Substanzen auf vielfache Weise. Mittel, die hingegen die körpereigenen ROS-Fänger (v. a. SOD, Katalase) aktivieren, sog. Antioxidant Inducer, zählen auch zu Antioxidantien. Das Poly­phenol Resveratrol ist ein prominentes Beispiel.^[14] Weil die Induktion auch auf dem Wege der ROS-Ankurbelung über den o .g. Schwellwert vonstatten gehen kann, wirken sich manche Prooxidantien indirekt antioxidativ aus. Im weitesten Sinne zählen zu Antioxi­dantien auch Mittel, die eingetretene Oxidationsschäden beheben helfen. „Antioxidant action“ entfaltet daher auch das Reparatur-Enzym methionine sulfoxide reductase, dessen Ankurbelung durch Genmanipulation Taufliegen +73 % Lebenerwartung beschert.^[15]

3. Tücken einer Intervention

Wird nicht der Fehler begangen, bereits beim Auftauchen der ROS vom oxidativen Stress auszugehen, woraufhin eine möglicherweise gesundheitsschädliche ROS-Auslöschung vorgenommen würde, so muss man sich noch vor weiteren Fallstricken bewahren. So lässt sich in Vertrauen auf die Wirkkraft von antioxidativen Vitaminen der oxidative Stress erhöhen, da diese in sehr hohen Dosen prooxidativ wirken können.[vgl. 6] Im Falle des Unterstützens der Immunantwort kann dies aber durchaus wünschenswert sein, wie die Hemmung des Krebswachstums durch Erhöhung der ROS-Konzentration mittels hochdosierter Gabe von Vitamin C in einem Tierexperiment zeigt.^[16] Gleichwohl vermögen ROS als Schädlinge für die DNA ursprünglich Krebsursache zu sein. Vitamin C gilt ansonsten paraxoxerweise als ein ausgezeichneter Scavanger, aber auch als SOD-Inducer.^[17] Anderseits können sich Inducer hinter Prooxidantien verbergen, wenn letztere die Mitohormesis auslösen. Problematisch ist auch die teilweise sehr hohe Spezifizität mancher Scavenger, will heißen, es werden hauptsächlich nur bestimmte ROS effektiv abgebaut.^[18] Denkbar sind sodann fragwürdige Resultate, wie beim einseitigen Einsatz von Vitamin E zum Abbau des Hydroperoxyl-Radikals, weil das Reaktionsprodukt Tocopherol-Radikal ein weiterhin kritisches Zwischenprodukt darstellt, das erst durch Vitamin C u. a. durch Rückgewinnung von Vitamin E entschärft wird.^[19][20]

4. Quintessenz

Obgleich ein Achten auf eine ausreichende Versorgung mit Antioxidantien prinzipiell sinnvoll ist, sind Megadosen irgendwelcher Antioxidantien für die Prävention klar abzulehnen, weil Nutzen und Risiken völlig unklar sind. Zwar legen manche Tierversuche nahe, bestimmte ROS mit passgenauen Antioxidantien rigoros (also auch unterhalb des Schwellwerts der Mitohormesis), aber nicht über deren Beseitigung hinaus, anzugehen (vgl. [6], [11]), so dass womöglich beeinträchtigte Stoffwechselprozesse überkompensiert werden, dennoch ist auch hier Vorsicht geboten, weil Studien an Menschen fehlen. Schadhafte Effekte sind ohne solche Fundierung nicht auszuschließen. Verbleibt, aufgrund der synergetischen Wirkweise vieler Antioxidantien aus natürlichen Lebensmitteln untereinander, aber auch mit den körpereigenen, die vielgerühmte Regenbogen-Diät aus naturbelassenen Produkten anzustreben. Mit dieser wird ein breites Spektrum einzelner Wirkstoffe zusammenführt, was zudem einseitige Überdosierun­gen ausschließen hilft. Nur bei Mangelernährung bietet sich eine moderate Supplementation eines Bündels von Antioxidantien an. Hier sind Präperate aus natürlichen Bestandteilen (z. B. Weintraubenkapseln) das Maß der Dinge. 

Fußnoten

[1] ChemgaPedia, Antioxidatives Schutzsystem, S. 7/57:  Was sind reaktive Sauerstoff-Spezies? (Online)

[2] Ferreira I, Die Diskussion um Antioxidantien und Prooxidantien, NUTRI-FACTS. 2014 Nov (Online)

[3] Gomez J, Methionine and homocysteine modulate the rate of ROS generation of isolated mitochondria in vitro, J Bioenerg Biomembr. 2011 Aug;43(4):377-86 (Online)

[4] Schulz TJ u. a., Glucose Restriction Extends Caenorhabditis elegans Life Span by Inducing Mitochondrial Respiration and Increasing Oxidative Stress, Cell Metab. 2007 Oct;6(4):280-93 (Online)

[6] So vermag das synthetische Antioxi­dans EUK-8 (salen manganese) nach vollständiger Entgiftung von H₂O₂ mit Cl^- zum neuen ROS HOCl zu reagieren.

[9] V. Lobo et al., Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health, Pharmacogn Rev. 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126 (Online)

[11] Melov S et al., Extension of life-span with superoxide dismutase/catalase mimetics, Science. 2000 Sep 1;289(5484):1567-9 (Online)

[13] Herrmann, Wolfgang; Obeid, Rima, Ursachen und frühzeitige Diagnostik von Vitamin-B12-Mangel, Dtsch Arztebl 2008; 105(40): 680-5 (Online)