Mitochondriale Dysfunktion: Symptome, Diagnostik und Therapie

Die mitochondriale Dysfunktion ist eine Störung der mitochondrialen Atmungskette, die zu einer verminderten ATP-Produktion, erhöhtem oxidativen Stress und einer gestörten Zellhomöostase führt. Da Mitochondrien essenziell für die zelluläre Energiegewinnung sind, können Dysfunktionen multiple Organsysteme betreffen und eine Vielzahl klinischer Manifestationen verursachen. Besonders betroffen sind Gewebe mit hohem Energiebedarf, darunter Nervensystem, Muskulatur und Herz.

Die Ursachen einer mitochondrialen Dysfunktion sind vielfältig und lassen sich in primäre (genetisch bedingte) und sekundäre (erworbene) Faktoren unterteilen. Primäre Ursachen beruhen auf Mutationen in der mitochondrialen DNA (mtDNA) oder nukleären Genen, die für mitochondriale Enzyme kodieren. Sekundäre Ursachen umfassen Umweltfaktoren, Alterungsprozesse, toxische Einflüsse sowie metabolische Erkrankungen wie Diabetes mellitus oder Schilddrüsenfunktionsstörungen.

Die Diagnostik erfordert ein interdisziplinäres Vorgehen mit biochemischen, funktionellen und genetischen Testverfahren. Die Therapie umfasst metabolische und antioxidative Unterstützung, ernährungstherapeutische Maßnahmen sowie experimentelle Ansätze zur Förderung der mitochondrialen Funktion.

Symptome

Die klinischen Manifestationen einer mitochondrialen Dysfunktion sind vielgestaltig und betreffen vor allem Organe mit hohem Energieverbrauch:

• Neuromuskuläre Symptome
  • Chronische Fatigue (anhaltende Erschöpfung), verminderte Belastbarkeit
  • Muskelschwäche (Myopathie), Muskelkrämpfe
  • Periphere Neuropathien (Sensibilitätsstörungen, Parästhesien)
  • Ataxie (Koordinationsstörungen), Tremor (Zittern)
• Zentrale Symptome
  • Kognitive Beeinträchtigungen, Konzentrationsstörungen
  • Neurodegenerative Erkrankungen (z. B. Morbus Parkinson-Syndrom, Alzheimer-assoziierte Veränderungen)
  • Epileptische Anfälle, Migräne
• Kardiovaskuläre Beteiligung
  • Kardiomyopathien (Herzmuskelerkrankungen)
  • Herzrhythmusstörungen, orthostatische Dysregulation
• Metabolische und endokrine Symptome
  • Insulinresistenz, Diabetes mellitus
  • Schilddrüsenfunktionsstörungen (Hypothyreose (Schilddrüsenunterfunktion), selten Hyperthyreose (Schilddrüsenüberfunktion))
• Gastrointestinale Symptome
  • Verzögerte Magenentleerung (Gastroparese), Motilitätsstörungen
  • Maldigestion (Störung, bei der die Nahrung nicht mehr oder nur unzureichend in ihre resorbierbaren Bestandteile aufgespalten), Leberfunktionsstörungen

Aufgrund der Heterogenität der Symptome ist eine differenzierte Diagnostik essenziell, um mitochondriale Erkrankungen von anderen multisystemischen Störungen abzugrenzen.

Diagnostik

Die Diagnostik der mitochondrialen Dysfunktion umfasst eine Kombination aus klinischer Beurteilung, laborchemischen Analysen, funktionellen Untersuchungen und bildgebenden Verfahren.

1. Klinische Untersuchung

• Anamnese – Erfassung von Fatigue, Muskelschwäche, neurodegenerativen Symptomen, kardiovaskulären Beschwerden und Multiorgandysfunktionen.
• Neurologische Untersuchung – Beurteilung von Myopathien, neuropathischen Beschwerden, Koordinationsstörungen und kognitiven Defiziten.
• Kardiologische Diagnostik – Untersuchung auf Kardiomyopathien (Herzmuskelerkrankungen), Arrhythmien (Herzrhythmusstörungen) und mitochondriale Beteiligung am Herzmuskelstoffwechsel.
• Endokrinologische Untersuchung – Bewertung mitochondrialer Dysfunktionen im Rahmen endokriner Störungen wie Diabetes mellitus oder Hypothyreose (Schilddrüsenunterfunktion).

2. Biochemische Laboruntersuchungen

• Lactat/Pyruvat-Quotient – Erhöhter Lactatspiegel (> 2 mmol/L) sowie eine erhöhte Lactat/Pyruvat-Ratio (> 20) als Hinweis auf eine mitochondriale Dysfunktion.
• Aminosäureprofil im Plasma – Erhöhte Alanin-Konzentration als Marker für eine gestörte mitochondriale Energieverwertung.
• Organische Säuren im Urin – Nachweis von 3-Methylglutaconsäure und anderen Metaboliten, die auf mitochondriale Erkrankungen hindeuten.
• Coenzym Q10-Spiegel – Verminderte Konzentrationen als Hinweis auf eine beeinträchtigte Elektronentransportkette.
• Carnitin- und Acylcarnitinprofil – Veränderungen als Marker für eine gestörte Fettsäureoxidation.
• Mangan-, Kupfer-, Eisen-, Selen- und Zinkspiegel – Essenzielle Spurenelemente für mitochondriale Enzyme und antioxidativen Schutz.

3. Funktionelle Tests der mitochondrialen Aktivität

• Sequentielle Muskelbiopsie – Analyse der Enzymaktivität der mitochondrialen Atmungskette (Komplex I-IV).
• Messung des Sauerstoffverbrauchs in Lymphozyten oder Fibroblasten – Erfassung der mitochondrialen ATP-Produktion.
• Dynamische Laktatbelastungstests – Erhöhung der Lactatspiegel nach Belastung als Indikator für mitochondriale Insuffizienz.
• 13C-Glucose-Oxidationstest – Bewertung der Glucoseverwertung in den Mitochondrien.

4. Bildgebende Verfahren

• Magnetresonanztomographie (MRT) mit Spektroskopie – Darstellung metabolischer Veränderungen in Muskulatur und Gehirn.
• Positronen-Emissions-Tomographie (PET) – Untersuchung des mitochondrialen Glucosemetabolismus (Glukosestoffwechsel).

5. Genetische Diagnostik

• mtDNA-Analyse – Untersuchung auf mitochondriale Punktmutationen, Deletionen oder Deletionssyndrome.
• Next-Generation Sequencing (NGS) – Identifikation nukleärer Gene, die an der mitochondrialen Funktion beteiligt sind.
• Whole-Exome Sequencing (WES) – Analyse seltener genetischer Varianten in mitochondrialen und kernkodierten Genen.

Therapie

Metabolische und supportive Therapie

Die Therapie der mitochondrialen Dysfunktion basiert auf der gezielten Unterstützung des mitochondrialen Energiestoffwechsels und der Reduktion des oxidativen Stresses.

• Coenzym Q10 (Ubichinon) – Verbesserung der mitochondrialen Elektronentransportkette und ATP-Synthese.
• Riboflavin (Vitamin B2) – Cofaktor für Flavinmononukleotid (FMN) und Flavinadenindinukleotid (FAD), essenziell für die Atmungskette.
• Niacin (Vitamin B3, Nicotinamid, NAD+) – Wichtiger Cofaktor für Redoxreaktionen und ATP-Produktion.
• Pantothensäure (Vitamin B5) – Cofaktor für den Citratzyklus und den Fettsäuremetabolismus.
• Pyridoxin (Vitamin B6) – Notwendig für enzymatische Reaktionen des Energiestoffwechsels.
• Biotin (Vitamin B7) – Unterstützt Enzyme im Kohlenhydrat- und Fettsäurestoffwechsel.
• Folsäure (Vitamin B9) und Cobalamin (Vitamin B12) – Essenziell für die DNA-Synthese und mitochondriale Enzymfunktionen.
• L-Carnitin – Transportiert Fettsäuren in die Mitochondrien für die β-Oxidation.
• α-Liponsäure – Reduktion von oxidativem Stress und Verbesserung der Glucoseverwertung.
• Creatinmonohydrat – Erhalt der Energiereserven in der Muskulatur.
• Magnesium, Eisen, Kupfer, Mangan, Selen, Zink – Essenziell für die Funktion mitochondrialer Enzyme.

Optimierung der Proteinzufuhr

• Erhöhte Zufuhr verzweigtkettiger Aminosäuren (BCAAs: Leucin, Isoleucin, Valin) – Förderung der mitochondrialen Biogenese (Neubildung von Mitochondrien) und Reduktion der Proteinoxidation.
• Gezielte Supplementierung mit L-Arginin und L-Citrullin – Verbesserung der Stickstoffmonoxid (NO)-Produktion zur Steigerung der mitochondrialen Durchblutung.
• Modulation der Methionin-Homocystein-Achse – Vermeidung einer Überlastung des mitochondrialen Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsels.
• Reduktion stickstoffreicher Aminosäuren (z. B. Glutamin, Asparagin bei Hyperammonämie) – Minimierung der Ammoniakbelastung.

Antioxidative Unterstützung

• Vitamin C und Vitamin E – Schutz der mitochondrialen Membranen vor Lipidperoxidation (Fettoxidation).
• Resveratrol, Sulforaphan, Quercetin, Polyphenole – Modulation mitochondrialer Signalwege und Reduktion entzündlicher Prozesse.
• Glutathion (GSH) – Hauptantioxidans zur Regulation des Redoxstatus in den Mitochondrien.

Ernährungstherapie

• Ketogene Diät – Förderung alternativer Energiequellen durch Ketonkörper.
• Glukosekontrolle – Vermeidung von Hypoglykämien (Unterzuckerungen) zur Stabilisierung des mitochondrialen Stoffwechsels.
• Proteinanpassung – Optimierung der mitochondrialen Aminosäurenverwertung.

Pharmakologische Therapie

• Nikotinamid-Ribosid – Verbesserung der mitochondrialen Biogenese über Sirtuine.
• Erythropoetin (EPO) – Neuroprotektive Effekte bei mitochondrialen Erkrankungen.
• Metformin (bei bestimmten Mutationen mit Vorsicht) – Aktivierung des AMPK-Signalwegs zur mitochondrialen Modulation.

Physikalische Therapie und Bewegung

• Moderate aerobe Aktivität – Förderung der mitochondrialen Biogenese.
• Intervalltraining – Verbesserung der mitochondrialen ATP-Kapazität.
• Hypoxietraining – Anpassung der Mitochondrien an veränderte Sauerstoffverhältnisse.

Experimentelle Therapieansätze

• Gen-Therapie (CRISPR/Cas9) – Korrektur mitochondrialer Mutationen.
• Mitochondriale Transplantation – Experimentelle Übertragung gesunder Mitochondrien.

Fazit

Die mitochondriale Dysfunktion ist eine komplexe, oft multisystemische Erkrankung, die eine umfassende diagnostische Abklärung erfordert. Die Kombination aus klinischer Beurteilung, biochemischer Analytik, funktionellen Tests und genetischer Diagnostik ermöglicht eine präzise Identifikation der zugrunde liegenden Störungen.

Therapeutisch stehen neben metabolischen und antioxidativen Strategien auch ernährungsmedizinische sowie bewegungstherapeutische Ansätze im Vordergrund. Perspektivisch bieten experimentelle Verfahren wie mitochondriale Transplantationen oder epigenetische Modulationen neue Therapieoptionen. Eine frühzeitige Diagnosestellung und eine personalisierte Therapie sind entscheidend, um die Zellfunktion zu stabilisieren und die Progression der Erkrankung zu verlangsamen.

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© Deutsche Klinik für Prävention, Bad Münder

Literatur

1. Im Vitalstofflexikon: siehe dazu die obigen Links