Freie Radikale und Antioxidantien

Ganz schön radikal (aus Via medici 5/97)

Sonja Luz

Übersicht

• Einleitung
• Eine durchaus normale Situation im Stoffwechsel
• Nur radikale Zerstörung?
• Radikaler Angriff bei Arteriosklerose
• Vitamin E gegen Arteriosklerose
• Weizenkeimöl gegen das Altern
• Wundermittel Vitamine?
• Karotten gegen freie Radikale?
• Schutz durch Pillen?

Arteriosklerose, Krebs und Rheuma - diesen unterschiedlichen Erkrankungen ist eins gemeinsam: Sie werden durch freie Radikale (mit)verursacht, äußerst reaktionsfreudige, gefährliche Stoffwechselprodukte. Zum Glück gibt es Möglichkeiten, sich gegen freie Radikale zu schützen: Antioxidanzien, z.B. Vitamin E, scheinen protektiv zu wirken. Kann man also durch Vitamintabletten Krebs verhindern? Via medici erklärt, was freie Radikale sind, wie sie wirken und wie Antioxidanzien vor freien Radikalen schützen.

Einleitung

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Sie bestehen aus einem oder zwei Atomen, haben ungepaarte Elektronen, kommen überall im Körper vor und sind ziemlich reaktionsfreudig: freie Radikale. Was sie anrichten, sieht man jeden Morgen im Spiegel, denn freie Radikale fördern den Alterungsprozeß. Sie attackieren schützende Zellmembranen und lebensnotwendige Proteine und schädigen das Erbgut, indem sie Bindungen zwischen den Basen zerschneiden. Im Laufe des Lebens summieren sich diese Defekte und verursachen Krankheiten. Jedes Gewebe und jedes Organ des Körpers ist betroffen. Menschen, die unter vorzeitiger Vergreisung, dem Hutchinson-Gilford-Syndrom, leiden, sind den freien Radikalen schutzlos ausgeliefert, da ihre endogenen Schutzmechanismen wie die Superoxiddismutase nicht funktionieren. Schon in der Kindheit macht sich der Alterungsprozeß bemerkbar, ihr Leben läuft im Zeitraffer ab. Aber auch für andere Krankheiten sind freie Radikale pathogenetisch bedeutsam: Beispiele dafür sind Krebserkrankungen oder die Arteriosklerose.

Eine durchaus normale Situation im Stoffwechsel

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Sauerstoffradikale werden in den Zellen aller sauerstoffabhängigen Organismen als Nebenprodukte des Metabolismus gebildet. Hauptentstehungsort sind die Mitochondrien. 3-10% des dort umgesetzten Sauerstoffs werden nicht vollständig zu Wasser reduziert.

Statt dessen bilden sich radikale Formen des Sauerstoffs wie Hyperoxid oder Hydroxyl: Sauerstoffverbindungen mit ungepaarten Elektronen, die bestrebt sind, einem anderen Molekül oder Atom Elektronen zu entreißen. Zwar werden 80% der Sauerstoffradikale durch die intramitochondriale Superoxiddismutase abgefangen, der Rest gelangt jedoch unentschärft ins Zytosol der Zelle.

Dort reagieren sie mit anderen Substanzen und bilden dabei neue Radikale, indem sie diesen Stoffen Elektronen entreißen: Eine Kettenreaktion wird in Gang gesetzt, in deren Verlauf Elektronen ihre Besitzer wechseln und an deren Ende Punktmutationen, Zellentdifferenzierungen oder Enzymstörungen stehen können.

Nur radikale Zerstörung?

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Freie Radikale sind jedoch nicht nur schädliche Stoffwechselprodukte. Sie dienen auch der Immunabwehr, denn Leukozyten und Makrophagen machen sich ihre bakterizide Wirkung zunutze: Sie produzieren freie Radikale und zerstören damit Bakterien und andere Fremdstoffe. Außerdem spielen freie Radikale vermutlich über die Vermittlung der Apoptose eine Rolle in der körpereigenen Tumorsuppression.

Gesunde Gewebe können sich leicht gegen den zerstörerischen radikalischen Einfluß wehren: Der Körper hat eine gut funktionierende Armee aus endogenen Radikalfängern. So sorgt zum Beispiel die Superoxid-dismutase (SOD) dafür, daß Superoxidradikale in Wasserstoffperoxid umgewandelt werden, das dann durch Katalase in Wasser und Sauerstoff umgesetzt wird. Erstaunlich ist, daß selbst vermeintlich sinnlose Abbauprodukte des menschlichen Organismus antioxidativ wirken können: Harnsäure wirkt in physiologischer Konzentration im Extrazellulärraum antioxidativ gegenüber wasserlöslichen Radikalen. Bilirubin hemmt die Lipidperoxidation und ist damit als Antioxidans nahezu so effektiv wie Vitamin E.

Radikaler Angriff bei Arteriosklerose

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Dieser körpereigene Schutzwall kann aber durchbrochen werden. Ein Beispiel dafür ist die Arteriosklerose: Nach der "Response-to-injury"-Hypothese geht man davon aus, daß mehrfach ungesättigte Fettsäuren (MUFS) in den Lipiden der LDL-Partikel durch freie Radikale angegriffen und oxidiert werden. Dabei wird einer MUFS durch ein freies Radikal an einer Doppelbindung ein Elektron entzogen. Nach Addition von molekularem Sauerstoff wird die Fettsäure zum Peroxylradikal, das wiederum einer benachbarten ungesättigten Fettsäure ein Elektron entreißt. Dieser Vorgang setzt sich in einer Kettenreaktion fort, es entstehen immer mehr freie Radikale, die die Fettsäureketten modifizieren. Diese Kettenreaktionen sind für die Pathogenese der Arteriosklerose bedeutsam: Die cholesterinreichen LDL-Partikel gelten als besonders atherogen. Die überwiegend in der Leber lokalisierten LDL-Rezeptoren sind in der Lage, LDL-Partikel zu erkennen und sie aus dem Plasma zu eliminieren. Dabei wird die Expression des LDL-Rezeptors bei Cholesterinmangel in der Zelle verstärkt und bei Überschuß an freiem Cholesterin verringert. Die Bindungsdomäne, mit der LDL an den Rezeptor binden kann, ist das Apoprotein B.

Im Rahmen der oxidativen Kettenreaktion binden sich Bruchstücke von Fettsäuren an das Apoprotein B. Dadurch wird dieses nicht mehr durch den LDL-Rezeptor erkannt: LDL kann nicht mehr an den LDL-Rezeptor binden und wird deshalb nicht aus dem Plasma eliminiert. Die oxidativ modifizierten LDL stimulieren die Chemotaxis von Monozyten, die in die Intima einwandern und dort zu Makrophagen werden. Diese wiederum haben mit dem Scavenger-Rezeptor einen spezifischen Rezeptor, der das oxidierte LDL mit dem modifizierten Apoprotein B bindet. Da der Scavenger-Rezeptor im Gegensatz zum LDL-Rezeptor durch hohes intrazelluläres Cholesterin nicht down-reguliert wird, häuft sich Cholesterin in den Makrophagen an. Aus den Makrophagen werden Schaumzellen. Es bilden sich sogenannte Fettstreifen (fatty streaks) und schließlich atherogene Plaques, die eine zusätzliche Endothelschädigung mit weiterer Einwanderung von Makrophagen und LDL in den subendothelialen Raum zur Folge haben.

Vitamin E gegen Arteriosklerose

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Können wir unseren Körper durch Zufuhr antioxidativer Substanzen gegen Arteriosklerose oder andere radikaleninduzierte Krankheiten schützen? Antioxidanzien wie Vitamin C oder E sind in der Lage, radikalische Kettenreaktionen zu unterbrechen, indem sie Elektronen abgeben, ohne selbst in reaktionsfähige Moleküle umgewandelt zu werden.

Vitamin E hat eine sehr hohe Affinität zu Lipidperoxylradikalen und fängt diese ab, bevor sie weitere Fettsäuren angreifen können. Die bedeutendste Verbindung mit Vitamin-E-Aktivität ist a-Tocopherol. Es lagert sich wegen seiner Lipophilie vor allem in biologische Membranen ein. Dort kann es die radikalische Kettenreaktion stoppen, indem es ein Wasserstoffatom seiner phenolischen Hydroxylgruppe an das Peroxylradikal übergibt und dadurch selbst zum Vitamin-E-Radikal wird. Dieses Radikal ist aber sehr reaktionsträge und kann die Kettenreaktion nicht fortsetzen. Durch Vitamin C wird das in der Membran verankerte Vitamin-E-Radikal wieder in Vitamin E umgewandelt. Vitamin E und C wirken beim Schutz gegen Lipidperoxidation somit synergistisch.

Weizenkeimöl gegen das Altern

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Vitamin E ist vor allem in pflanzlichen Ölen enthalten. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt eine tägliche Aufnahme von 12 mg Vitamin E. Dies entspricht beispielsweise zwei Teelöffeln Weizenkeimöl, fünf Teelöffeln Sonnenblumenöl oder zehn Teelöffeln Olivenöl. Wer die erforderliche Vitamin-E-Menge zu sich nimmt, schützt sich womöglich nicht nur vor Arteriosklerose: Durch die antioxidative Wirkung des Vitamin E in den Membranen des Zellkerns wird auch die DNA vor freien Radikalen geschützt. Auf diese Weise kann Vitamin E die zunehmende Verkürzung der Endabschnitte der Chromosomen hinauszögern, der eine wesentliche Bedeutung im Alterungsprozeß zugeschrieben wird.

Wundermittel Vitamine?

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Ob Antioxidanzien tatsächlich in der Lage sind, den Alterungsprozeß zu verlangsamen, ist bisher nicht bewiesen. Mehrere klinische Studien sind jedoch bemüht, die Wirkungen von Antioxidanzien zu belegen. Die kardioprotektive Wirkung von Vitamin E konnte bereits in zahlreichen Studien nachgewiesen werden: 1996 wurden im "Lancet" die Ergebnisse der CHAOS-Studie (Cambridge Heart Antioxidant Study) veröffentlicht: 2.002 Patienten mit angiographisch nachgewiesener Koronarsklerose hatten über durchschnittlich zwei Jahre entweder Vitamin E oder Plazebo erhalten. 14 der Patienten, die Vitamin E eingenommen hatten, erlitten im Beobachtungszeitraum einen nicht tödlichen Myokardinfarkt, in der Plazebogruppe waren es jedoch 41 Patienten. Dies entspricht einer Reduktion der Infarktinzidenz um 77% in der Vitamin-E-Gruppe. Bei den tödlichen Herzinfarkten war aber kein Unterschied zwischen beiden Gruppen nachweisbar. Zu ähnlichen Ergebnissen kam die Nurses' Health Study, in der 87.000 Krankenschwestern jährlich nach Ernährungsgewohnheiten und zusätzlicher Vitaminzufuhr befragt wurden. Während der achtjährigen Studiendauer entwickelten 550 Frauen eine schwere koronare Herzkrankheit. Bei Frauen, die kein Vitamin E eingenommen hatten, war das Risiko, an einer KHK zu erkranken, doppelt so hoch.

Die protektive Wirkung von Vitamin E als Antioxidans bleibt jedoch umstritten, da es auch gegenteilige Studienergebnisse gibt: In einer Studie finnischer Wissenschaftler wurde der Einfluß von Vitamin E und Vitamin A (b-Carotin) auf die Prävention von Lungenkarzinomen bei 30.000 männlichen Rauchern über einen Zeitraum von 5 bis 8 Jahren untersucht. Überraschenderweise war die Gesamtmortalität bei den Rauchern, die Vitamine eingenommen hatten, deutlich höher. Ein Argument gegen die protektive Wirkung von Antioxidanzien? "Man kann nicht sagen, daß die präventive Wirkung von Antioxidanzien durch die Finnland-Studie widerlegt wurde", meint Prof. Dr. med. Hans-Konrad Biesalski, Ernährungsmediziner an der Universität Stuttgart-Hohenheim. "Hier sind Kettenraucher untersucht worden, die mehr als 30 Jahre geraucht haben und während der Vitamin-Supplementierung das Rauchen nicht aufgaben. Mit der Finnland-Studie ist also kein primär präventiver Effekt überprüft worden."

Karotten gegen freie Radikale?

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b-Carotin schien in der Finnland-Studie einen besonders negativen Effekt zu haben: In der Gruppe, die b-Carotin eingenommen hatte, war die Lungenkarzinominzidenz um 18% höher als in der Kontrollgruppe! Hingegen waren in einer Doppelblindstudie bei 333 Patienten mit koronarer Herzkrankheit, die über 60 Monate b-Carotin bzw. Plazebo erhielten, arteriosklerotische Komplikationen in der Verumgruppe signifikant geringer. Kann man sich mit Karotten vor KHK, nicht aber vor Krebs schützen?

Carotinoide wirken antioxidativ, da sie selbst rasch oxidiert werden und dadurch das Gewebe vor der zellzerstörenden Wirkung oxidativer Prozesse schützen. Diese Umwandlung von Sauerstoffradikalen in molekularen Sauerstoff nennt man "Quenchen" (a Abb. 2). Je mehr Doppelbindungen das Carotinoid hat, desto höher ist seine "Quenching"-Aktivität. Daher hat b-Carotin mit seinen elf Doppelbindungen die stärkste Aktivität im Vergleich zu anderen Carotinoiden. In mehreren Studien wurde nachgewiesen, daß b-Carotin die Empfindlichkeit der Haut gegen UVA-Licht verringert. Es wird vermutet, daß eine hohe b-Carotin-Zufuhr vor Hautkrebs schützt. Diese Theorie wird zur Zeit in Studien untersucht.

Karotten oder Aprikosen sind sehr b-Carotin-haltig. Um die von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung empfohlenen 2 mg b-Carotin pro Tag aufzunehmen, muß man beispielsweise eine Möhre, drei Eßlöffel Spinat oder vier bis fünf Aprikosen essen. Dabei sollte man sich die Zeit nehmen, die Karotten fein zu raspeln oder zu dünsten, denn nur so kann bei der Verdauung das kristallin vorliegende b-Carotin aus der Möhre herausgelöst werden.

Schutz durch Pillen?

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Da Vitamine vor Krankheiten wie Krebs und Herzinfarkt schützen sollen, kam es in den letzten Jahren zu einem regelrechten Vitaminpillen-Boom. Kritiker bezweifeln allerdings, daß allein die Vitamine aus Obst und Gemüse für die präventiven Wirkungen verantwortlich sind. Auch andere Lebensmittelbestandteile wie Geruchs-, Geschmacks- und Farbstoffe sind in ihrer antioxidativen Potenz nicht zu unterschätzen. Und diese sogenannten sekundären Pflanzenstoffe sind in Vitaminpillen nicht enthalten.

Antioxidative Potenz wird auch den Phenolen im Rotwein zugesprochen. So erkranken statistisch betrachtet Franzosen trotz fettreicher Ernährung seltener an Herzkrankheiten. Studien bringen dies mit dem hohen Rotweinkonsum in Frankreich in Zusammenhang. Ein mäßiger Alkoholgenuß von 30-50 g/d schützt möglicherweise aufgrund der antioxidativen Potenz von Phenolen vor KHK. In Japan wurde diesem Ergebnis Rechnung getragen: Dort sind bereits Rotweinpillen auf dem Markt.