Oxidativer Stress und durch freie Radikale verursachte Zellschäden werden häufig mit allen möglichen Erkrankungen in Verbindung gebracht, von Arthritis über Herzinfarkt bis hin zu Krebserkrankungen. Die natürlichen Gegenspieler der schädlichen Stoffwechselprodukte sind die so genannten Antioxidantien. Stress und Radikale, das klingt schon mal gefährlich – aber warum sollen uns ausgerechnet Antioxidantien davor schützen können? Folgen Sie uns auf einer Spurensuche im Reich der Biochemie.
Wie entsteht oxidativer Stress?
Der größte Teil des oxidativen Stresses entsteht bei der Zellatmung. Das ist der Teil des Stoffwechsels, bei dem Nahrungsbestandteile mit Sauerstoff aus der Atemluft in Wasser, Kohlendioxid und Energie umgewandelt werden. Das Ganze gelingt durch ein System vieler, miteinander verknüpfter Reaktionen, dem sogenannten Citratzyklus. Bei den einzelnen Reaktionen handelt es sich, wie auch bei vielen anderen Stoffwechselprozessen, um Redoxreaktionen. Dabei wird ein Stoff reduziert, während der andere oxidiert wird. Für den Chemiker bedeutet Oxidation, dass ein Stoff ein Elektron abgibt. Bei der Reduktion wiederum nimmt ein Stoff ein Elektron auf. Dabei wird Energie freigesetzt. Verbrennungen sind typische Redoxreaktionen. Würde man eine solche Reaktion im Moment der Elektronenübergabe anhalten, lägen beide Reaktionspartner als sogenannte Radikale vor, da sie zu diesem Zeitpunkt über ein ungepaartes Elektron verfügen. In diesem Zustand sind Atome oder Moleküle sehr reaktionsfreudig und binden sich an den nächstmöglichen Reaktionspartner um wieder einen stabilen Zustand zu erlangen. Einmal in Gang gesetzt, laufen Redoxreaktionen daher so lange weiter, bis alle Reaktionspartner aufgebraucht sind.
Wo in der Zelle entsteht die Redoxreaktion?
Die Zellatmung findet in nahezu jeder Zelle des menschlichen Körpers statt. Die Zellen verfügen über winzige Organellen, die dafür zuständig sind – die Mitochondrien. Da dort Energie produziert wird, spricht man häufig auch von den Kraftwerken der Zellen. Auf engstem Raum laufen die unterschiedlichen Reaktionen des Citratzyklus nebeneinander statt – den kennen Sie vielleicht noch aus dem Biologieunterricht. Ein System aus Zellmembranen, Enzymen und Antioxidantien stabilisiert die einzelnen Reaktionen, vergleichbar mit einem Reagenzglas, in dem sich nur die richtigen Reaktionspartner befinden. Manchmal kommt es allerdings vor, dass Radikale dieses Schutzsystem überwinden und sich dann als freie Radikale neue Reaktionspartner suchen. Da es sich dabei um Moleküle mit einem geladenen Sauerstoffteilchen handelt, spricht man auch von reaktiven Sauerstoffspezies oder ROS (reactive oxigen species). Oxidativer Stress entsteht, wenn die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies durch die Schutzsysteme nicht mehr ausgeglichen werden kann.
Wie entstehen freie Radikale?
Freie Radikale entstehen in gewissem Maße im Rahmen der unterschiedlichen Stoffwechselprozesse. Dort treffen sie im Normalfall auf ein gut gerüstetes Schutzsystem, wodurch sie wieder eingefangen werden. Doch auch ungünstige Umwelteinflüsse können zur Bildung freier Radikale führen. Das betrifft vor allem Umweltgifte, die über die Atemluft eingenommen werden, wie Abgase und Tabakrauch. Einer der größten Faktoren für die Entstehung freier Radikale ist jedoch die UV-Strahlung. Dieser energiereiche Anteil des Sonnenlichts kann Moleküle in Radikale aufspalten, was zu Schäden der Zellwände führen kann und sich unter anderem als Sonnenbrand bemerkbar macht. Um diesem ungünstigen Einfluss entgegenzuwirken, verfügt die Haut mit dem Pigment Melanin über ein eigenes Schutzsystem gegen UV-Strahlung. Auch die Makula, das Sehzentrum unseres Auges, verfügt über ein eigenes System zum Schutz vor UV-Strahlung. Die Makula ist mit den beiden Farbpigmenten Lutein und Zeaxanthin angereichert, die wegen ihrer Struktur in der Lage sind den besonders energiereichen Anteil des Lichts zu absorbieren.
Ernährung und Stress bei der Entstehung freier Radikale
Einen ebenso großen Anteil an der Bildung freier Radikale können die eigenen Lebensgewohnheiten haben. Wesentliche Faktoren, die fast jeder aus seinem Alltag kennt, sind Stress und unausgewogene Ernährung. Stress bedeutet, dass alle inneren Systeme in Alarmbereitschaft sind. Der Körper ist jederzeit bereit zur Flucht oder Gefahrenabwehr. Die Mitochondrien arbeiten auf Hochtouren, da permanent Energie bereitgestellt werden muss. Dadurch kann eine ungünstige Stoffwechsellage entstehen, in der die ROS nicht mehr durch die Schutzsysteme ausgeglichen werden können. Außerdem führt Stress häufig zu ungünstigen Ernährungsgewohnheiten. Unregelmäßige Mahlzeiten, bestehend aus Fast Food oder Pizza, weil es schnell gehen muss und unkompliziert sein soll, belasten den Körper zusätzlich. Vor allem zuckerhaltige und fettige Speisen stehen im Verdacht stille Entzündungen zu fördern, die wiederum, auch ganz ohne vorangegangenen Stress, den Körper in Alarmzustand versetzen können. Auch sehr einseitige Ernährung, bei der kaum frisches Obst oder Gemüse verwendet wird, kann das zellulären Schutzsystem aus dem Gleichgewicht bringen. Denn dieses besteht zu einem großen Teil aus Vitalstoffen, die mit der Nahrung aufgenommen werden müssen.
Wie schützt sich der Körper vor freien Radikalen?
Um sich vor Schäden durch freie Radikale zu schützen, stehen dem Körper unterschiedliche Reparatursysteme zur Verfügung. Zellwände werden beständig regeneriert und auch die DNA ist durch ihre Struktur als Doppelhelix mit einer Sicherheitskopie von sich selbst ausgestattet. Um Schäden von vornherein zu vermeiden, steht ein komplexes System unterschiedlicher Antioxidantien bereit. Darunter fallen ganz unterschiedliche Stoffklassen, wie Enzyme und Hormone, aber auch Stoffe die direkt aus der Nahrung stammen, wie Vitamine, Spurenelemente und sekundäre Pflanzenstoffe. Diese werden in den Mitochondrien, wo mit dem Citratzyklus besonders komplexe Reaktionen stattfinden, verstärkt bevorratet und erfüllen dort auch ganz unterschiedliche Aufgaben.
Welche verschiedenen Formen von Antioxidantien gibt es?
Alle Stoffe, die in der Lage sind, den Stoffwechsel beim Umgang mit freien Radikalen zu unterstützen, können prinzipiell als Antioxidantien bezeichnet werden. So gibt es etwa Enzyme, wie Superoxiddismutasen, die in der Lage sind, Superoxidradikale gezielt in des stabilere Wasserstoffperoxid zu verwandeln. Sie tragen somit zu einem kontrollierten Ablauf der Stoffwechselreaktionen bei. Die Vitamine A, C und E, sowie sekundäre Pflanzenstoffe, wie Carotinoide, Flavonoide und Anthocyane (allesamt Pflanzenfarbstoffe) sind in der Lage, freie Radikale an sich zu binden und somit unschädlich zu machen. Ein weiteres Beispiel gefällig? Das Coenzym Q-10 ist als Elektronenüberträger direkt an einem Teil des Citratzyklus beteiligt, nämlich an der so genannten oxidativen Phosphorylierung. Auch dieser Stoff kann freie Radikale unschädlich machen. Paradoxerweise verfügt Q-10 sowohl über oxidative als auch antioxidative Eigenschaften. Auch die Fettsäure Alpha-Liponsäure ist Teil des körpereigenen Schutzsystems. Sie ist in der Lage, gebundene Antioxidantien nach deren Verbrauch zu reaktivieren, indem sie deren gebundene Radikale übernimmt – quasi die Übergabe eines Delinquenten von der Polizei an die Justiz. Dieses Kunststück vollbringt sie beispielsweise bei Vitamin C, Vitamin E, Coenzym Q10 und Glutathion. Dies sind nur einige Beispiele für Antioxidantien und ihre potentielle Funktion, und die Forschung auf diesem Gebiet ist noch längst nicht abgeschlossen.
Wie kann ich die Schutzfunktion meines Körpers unterstützen?
Der beste Schutz vor oxidativem Stress besteht darin, alles zu vermeiden, was oxidativen Stress auslöst – eine banale, aber dadurch nicht weniger korrekte Aussage. Das bedeutet vor allem: Ein Übermaß an UV-Strahlung sowie Umweltgiften sollten gemieden werden. Regelmäßiger Sport trägt zu einem gesunden Lebensstil bei. Der Stoffwechsel wird angekurbelt, die Durchblutung verbessert sich und alle Zellen werden ausreichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Eine intensive Belastung, wie sie etwa im Leistungssport auftritt, kann dagegen oxidativen Stress fördern. Der Grund – in den Mitochondrien muss mehr Energie bereitgestellt werden. Dadurch ist es möglich, dass mehr Antioxidantien verbraucht werden als bereitstehen. Auch mentaler Stress, durch hohe Belastungen auf der Arbeit oder in Prüfungssituationen, kann zu einem erhöhten Bedarf an Antioxidantien führen. Stress sollte also möglichst vermieden bzw. mit Entspannungstechniken gesteuert werden.
Wie sieht eine antioxidative Ernährung aus?
Eine ausgewogene Ernährung schließlich ist ebenfalls wichtig für den Zellschutz. Da nicht alle Antioxidantien endogen sind, also vom Körper selbst hergestellt werden, muss ein Teil des Bedarfs über die Nahrung gedeckt werden. Frisches Obst und Gemüse sind die besten Lieferanten für Antioxidantien. Denn sie enthalten nicht nur die entsprechenden zellschützenden Vitamine, sondern vor allem auch die wertvollen sekundären Pflanzenstoffe, die sich bevorzugt in Schalen und Kernen finden lassen. Auch Tees, insbesondere grüner Tee, verfügen über einen hohen Gehalt an sekundären Pflanzenstoffen. Die deutsche Gesellschaft für Ernährung rät davon ab, mit Einzelstoffen oxidativem Stress entgegenzuwirken. Wer seinen Körper dennoch mit Nahrungsergänzungsmitteln unterstützen möchte, sollte auf Präparate zurückgreifen, deren Komplexität den Stoffwechselprozessen gerecht wird und eine Mischung aus Vitaminen, Spurenelementen und sekundären Pflanzenstoffen beinhalten.
Externe Quellen:
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