Oxidativer Stress (inkl. nitrosativer Stress) – Folgeerkrankungen

Im Folgenden die wichtigsten Folgen, die durch oxidativen bzw. nitrosativen Stress mit bedingt sein können:

Oxidativer Stress hat Auswirkungen auf:

• Mitochondrien ("Kraftwerke der Zellen") (s. u. bei nitrosativer Stress)
• Enzyme ("Stoffwechselbeschleuniger"; Enzyme des Zitronensäurezyklus, der Atmungskette und die Biotin-Synthase, die Eisen als Cofaktor haben, verlieren ihre Funktionsfähigkeit durch Oxidantien, die Eisen nach außen freisetzen) 
• Gefäße (s.u. bei Hypertonie/Bluthochdruck)
• Neuronen
  
  • Störung der Mitochondrienfunktion → Einschränkung der Energiegewinnung innerhalb des Neurons → Einschränkung des axonalen Transports von Zellstrukturproteinen 
  • Beeinträchtigung die Erregungsleitung (durch stressbedingte Schäden an Membran- und Proteinstrukturen der Neuronen) → neurodegenerative Erkrankungen

Nitrosativer Stress hat Auswirkungen auf:

Mitochondrien

• Das Stickstoffmonoxidradikal (NO^.) hemmt reversibel die Cytochrom C-Oxidase, ein Enzym der mitochondrialen Atmungskette. Diese Wirkung ist physiologisch und dient der Steuerung der oxidativen Phosphorylierung, d. h. der ATP-Synthese. Bei starkem Anstieg der Superoxidradikale (O2-^.) verbindet sich NO^. mit O2-^. und es entsteht das extrem zytotoxische Peroxynitrit-Anion (ONOO^–), die die Cytochrom C-Oxidase irreversibel hemmt! Damit kommt es zur irreversiblen Schädigung der Energiegewinnung. Infolgedessen kommt es durch O2-^. und ONOO^– zur Zerstörung der inneren Mitochondrienmembran und damit zum Zelluntergang.

Freie Radikale schädigen des Weiteren:

• Elastin [3]
• Fettsäuren; Lipide, aus denen die Zellmembranen und andere Organellen wie Mitochondrien sowie Lysosomen (Zellorganelle) gebaut werden [1, 2, 3] werden oxidiert, dieses wird als Lipidperoxidation (oxidativer Abbau von Lipiden) bezeichnet
• Kohlenhydrate [3]
• Kollagen [3]
• Mucopolysaccharide (Bestandteile vieler biologischer Makromoleküle) [3]
• Proteine [2, 3] – Oxidation von Proteinen
• Serumlipide (Blutfette) – Cholesterin ist Angriffspunkt von "Freien Radikalen": oxidierte LDL-Cholesterin löst bei Einlagerung in die Gefäßwand starke inflammatorische Reaktionen (= Entzündungen) aus

Die Freien Radikale reagieren des Weiteren auch mit dem Zellkern und der DNA (Erbinformation). Das Ergebnis dieser oxidativen DNA-Schädigungen sind beispielsweise Punktmutationen und Enzymstörungen, die zu erheblichen Störungen der Zellfunktionen und damit der Stoffwechselprozesse führen. Auch im Alter nehmen ROS-bedingte Mutationen zu. Davon betroffen sind insbesondere die Mitochondrien.

Freie Radikale erhöhen das Risiko für zahlreiche Erkrankungen:

Augen und Augenanhangsgebilde (H00-H59)

• Katarakt (grauer Star) [1]

Blut, blutbildende Organe – Immunsystem (D50-D90)

• Autoimmunerkrankungen, nicht näher bezeichnet 
• Störungen des Immunsystems [1]

Endokrine, Ernährungs- und Stoffwechselkrankheiten (E00-E99)

• Diabetes mellitus – Folgeerkrankungen wie diabetische Polyneuropathie (Erkrankung des peripheren Nervensystems), diabetische Nephropathie (Nierenerkrankung) [1]

Herzkreislaufsystem (I00-I99)

• Apoplex (Schlaganfall)  [1]
• Atherosklerose (Arteriosklerose; Arterienverkalkung) [1]
• Koronare Herzkrankheit (KHK)
• Myokardinfarkt (Herzinfarkt)

Infektiöse und parasitäre Krankheiten (A00-B99) 

• Entzündungen, nicht näher bezeichnet

Mund, Ösophagus (Speiseröhre), Magen und Darm (K00-K67; K90-K93)

•  Parodontitis (Entzündung des Zahnhalteapparats)
  

Muskel-Skelett-System und Bindegewebe (M00-M99)

• Rheumatische Erkrankungen [1]

Neubildungen – Tumorerkrankungen (C00-D48)

•  Tumorerkrankungen [1]

Psyche – Nervensystem (F00-F99; G00-G99)

• Neurodegenerative Erkrankungen – Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson
• Polyneuropathien

Urogenitalsystem (N00-N99)

• Männliche Subfertilität (wird in 30-80 % der Fälle auf oxidativen Stress zurückgeführt) [6]

Weiteres

• Alterungsprozesse [1]

Freie Radikale sind jedoch nicht nur schädliche Stoffwechselprodukte. Sie haben auch ihre guten Seiten: Sie dienen beispielsweise der Immunabwehr, denn Granulozyten und Makrophagen (Fresszellen) machen sich die Wirkung der Freien Radikale zunutze, indem sie mit deren Hilfe Bakterien zerstören. Eine andere wichtige Rolle spielen die Freien Radikale wahrscheinlich bei der Apoptose (programmierter Zelltod) dieser ist wichtig für die endogene Suppression von Tumorerkrankungen.

Pro oxidativer Stress!

• Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) führten bei Untersuchungen an verschiedenen Modellorganismen zu einer verlängerten Lebensdauer [5, 6]:
  
  • ROS dienen als Signal für endogene Abwehrmechanismen → resultiert in erhöhter Stressresistenz und Lebensdauer

Free Radical Theory of Aging (FRTA) vs. Mitohormesis

• Free Radical Theory of Aging (FRTA)
• Freie Radikale sind die Ursache des Alterungsprozesses (Harman, 1956)
• Schädigung von Zellen, DNA oder Lipiden bewirkt den komplexen Alterungsprozess
• Hormesis (griech.: „Anregung", „Anstoß")
• Geringe Dosen schädlicher Substanzen können auf den Organismus eine positive Wirkung haben (Paracelsus, 1493 - 1541)

Physiologische Entstehung (z. B. Sport) freier Radikale in den Mitochondrien begünstigt gesundheitsfördernde Effekte im Organismus

Sind Antioxidantien nun überflüssig?

• Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts prooxidativer und antioxidativer Prozesse
  
• Physiologischer Einfluss von Antioxidantien notwendig
• Mikronährstoffe (Vitalstoffe) im Niedrigdosisbereich bis 3-fach RDA (Recommended Dietary Allowances) sind im Hinblick auf eine negative Unterdrückung des oxidativen Stresses sicher! (positive Effekte oxidativen Stresses werden in diesem Dosisbereich nicht unterdrückt)

Literatur

1. Biesalski HK, Köhrle J, Schümann K: Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. 50-56, 265-267, 269-278, 312-348, 386-391, 651-662, 717-723 Georg Thieme Verlag; Stuttgart/New York 2002
2. Dietl H, Ohlenschläger G: Handbuch der Orthomolekularen Medizin. 25-30, 79-87 Karl F. Haug Fachbuchverlag; September 2004
3. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. 13-88, 96-363, 370-382, 408-413, 442-448, 499-512, 640-659 Urban & Fischer Verlag; München, Februar 2004
4. Ristow M, Schmeisser S: Extending life span by increasing oxidative stress. Free Radic. Biol. Med. 2011 Juli;51(2):327-336.
5. Ristow M, Zarse K: How increased oxidative stress promotes longevity and metabolic health: The concept of mitochondrial hormesis (mitohormesis). Exp. Gerontol. 2010 Juni;45(6):410-418.
6. Tremellen K: Oxidative stress and male infertility – a clinical perspective. Hum Reprod Update. 2008 May-Jun;14(3):243-58. doi:10.1093/humupd/dmn004