LaboReport 37

Oxidativer Stress durch freie Radikale – Antioxidantien als Schutzfaktoren (Teil 2)

Freie Radikale sind reaktive Atome oder Moleküle, die ungepaarte Elektronen besitzen. Diese entstehen zumeist im Rahmen von sauerstoffumsetzenden Stoffwechselvorgängen und werden dann auch als „reaktive Sauerstoffmetabolite“ (ROS) bezeichnet. Auch im gesunden Körper kommt es zur Bildung dieser Radikale, die meist sofort mit unmittelbar benachbarten zellulären Strukturen wie Lipiden, Proteinen und Nukleinsäuren reagieren. Treffen diese Verbindungen z. B. auf Lipidmembranen oder Lipidvesikel, können sie darin enthaltene ungesättigte Fettsäuren oxidieren – es entstehen Lipidperoxide. Ein Übermaß an Lipidperoxiden wird mit dem natürlichen Alterungsprozess sowie mit verschiedenen Krankheitsbildern assoziiert (z.B. Atherosklerose [1], Autoimmunerkrankungen, Krebs [2], oder neuro-degenerative Erkrankungen wie M. Parkinson oder M. Alzheimer). Die Entstehung hochreaktiver Sauerstoffverbindungen kann endogen (z.B. Immunantwort, Hyperglykämie, Hämochromatose) oder exogen (z.B. Strahlung, Ozon, Schwermetalle, Zigarettenrauch usw.) bedingt sein.

Die Wirkung der freien Radikale bzw. ROS wird durch verschiedene körpereigene Schutzsysteme lokal begrenzt, um eine Schädigung des menschlichen Organismus zu verhindern. Die Kapazität dieser körpereigenen Schutzsysteme muss sich mit der Menge der anfallenden Radikale im Gleichgewicht befinden (antioxidative Homöostase, Abb. 1).

Abbildung 1 Antioxidative Homöostase

Zu den nichtenzymatischen antioxidativen Substanzen gehören z.B. Vitamin C, Vitamin E oder Coenzym Q10. Zu den enzymatischen Antioxidantien gehören die Glutathionperoxidase und die Superoxiddismutase, die als wichtige Bausteine Kupfer, Selen und Zink benötigen. Ist dieses körpereigene Schutzsystem jedoch überlastet, nimmt die Menge freier Radikale zu und es bildet sich ein Zustand des vermehrten „oxidativen Stress“ aus (Abb. 2).

Abbildung2 Kontrolle der beginnenden Entgleisung der antioxidativen Homöostase: ACU und ACL zeigen normale Versorgung an, während PerOx eine erhöhte Belastung an Freien Radikalen signalisiert.

Diagnostik

Die Bestimmung der funktionellen Kapazität der Antioxidantien mittels Photochem (ACU und ACL) ermöglicht eine Entgleisung der antioxidativen Homöostase zu erkennen [3]. Da der Organismus jedoch eine beginnende hohe Konzentration an Radikalen mit dem noch in der Anfangsphase bestehenden Pool an Antioxidantien entgiften kann, wird der Antioxidantienstatus erst verzögert absinken.

Die direkte Messung der freien Radikale ist infolge der Kurzlebigkeit dieser Verbindungen nur schwer möglich. Daher werden im Routinelabor im Blut sekundäre Reaktionsprodukte wie z.B. das Malondialdehyd (MDA) bestimmt. MDA ist ein Endprodukt der Lipidperoxidation und unter physiologischem pH-Wert wenig reaktiv [4], wird aber in der Leber sehr schnell metabolisiert und über die Nieren ausgeschieden. So kann MDA bei erhöhtem Oxidativem Stress nur langsam ansteigen. Die Bestimmung von MDA muss infolge von Instabilität aus einem Spezialröhrchen mit Stabilisator erfolgen. Mit dem neuen Labortest „PerOx“ kann aus gefrorenem EDTA-Plasma direkt die gebildete Menge an Lipidperoxiden bestimmt werden. Ein Ungleichgewicht in der antioxidativen Homöostase, verbunden mit einem erhöhten Bedarf an Antioxidantien kann somit frühzeitiger erkannt werden. Die Lipidperoxide persistieren länger als das Malondialdehyd (Endprodukt der Lipidperoxidation), welches sehr rasch vom Körper beseitigt und ausgeschieden wird. Damit reicht das Nachweisfenster auch weiter in die Vergangenheit zurück (mehrere Tage). Aktuelle exzessive sportliche Anstrengungen vor der Blutentnahme können auch zu einem erhöhten PerOx-Status führen.

Drei wissenschaftliche Publikationen jüngeren Datums bestätigen, dass der PerOx-Test gut zur Erfassung von oxidativen Stresszuständen geeignet ist [5,6,7]. So zeigten z.B. Hildebrandt et al., dass mit einer Hypoxiekammerbehandlung auch der oxidative Stress steigt; dieser aber mit N-Acetyl-Cystein-Substitution (NAC) kompensiert werden kann. Der „PerOx-Test“ konnte diese Verläufe sehr gut darstellen.

Befundbeurteilung und Therapie

Die Beurteilung des Oxidantienstatus erfolgt am besten zusammen mit dem Antioxidantienstatus (Abb.3). Sind beide im Normbereich, dann ist eine Substitution nicht unbedingt indiziert. Ist der Oxidantienstatus mäßig bis stark erhöht, dann sollte unter Berücksichtigung des Antioxidantienstatus eine kombinierte Substitution mit Vitamin C und E, mit Beachtung der zulässigen Tageshöchstdosis (upper limits) erfolgen. Bei ausreichender Substitution sollte sich der Oxidantienstatus (PerOx) innerhalb von ca. 1-2 Monaten normalisieren. Normalisiert sich der Oxidantienstatus nicht, ist eine Fortsetzung der Substitution angezeigt, wobei der Antioxidantienstatus jeweils für ACU (wasserlöslicher Anteil) 150 μmol Äquivalente/l und für ACL (lipidlöslicher Anteil) 120 μmol Äquivalente/l nicht übersteigen sollte.

Des Weiteren können labormedizinische Folgeuntersuchungen angeschlossen werden, die zusätzliche differentialdiagnostische Hinweise auf degenerative Stoffwechselprozesse und eine mögliche Mangelversorgung an Antioxidantien geben können.

Abbildung 3 Differenzialdiagnose des oxidativen Stress

Indikation

1. Mangelversorgung antioxidativer Schutzsubstanzen erkennen und/oder erhöhtes Risiko für oxidativen Stress feststellen.
2. Antioxidativen Schutz sicherstellen: Balance zwischen antioxidativen Substanzen und oxidativem Stress.
3. Effektivität einer Supplementation überprüfen.

Die Untersuchungen können auch einzeln angefordert werden.

Literatur

	Gutteridge JMC, 1995, Lipid Peroxidation and Antioxidants as Biomarkers of Tissue Damage: Clin. Chem. 41/12, 1819 - 1828
	Krämer K, 1994, Antioxidanzien in der Onkologie: Dtsch. Zschr. Onkol. 26,3
	Pagel P, Müller D, Heilmeyer P, 2003, Determination of the Total Water and Lipid-soluble Antioxidative Capacity in Serum of Persons with and without Vitamin Supplementation with Photo-induced Chemiluminescence (Photochem®, Fa Analytik Jena AG): Clin. Chem. Lab. Med. 41(10), A72 (S 6.5)
	Esterbaur H, Schauer RJ, Zollner H, 1991, Chemistry and Biochemistry of 4-hydroxynonenal, malonaldehyde and related aldehydes: Free Radic. Biol. Med. 11, 81 - 128
	Reichenbach et al., 2002, Elevated oxidative stress and patients with ataxia telangiectasia: Antioxid. Redox. Signal., Volume 4, 465-469.
	Hildebrandt et al., 2002, Effect of N-acetyl-cysteine on the hypoxic ventilatory response and erythropoietin production: linkage between plasma thiol redox state and O(2) chemosensitivity: Blood, Volume 99, 1552-1555.
	Schimke at al., 2001, Decreased oxidative stress in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy one year after immunoglobulin adsorption: J. Am. Coll. Cardiol., Volume 38, 178-183.
	Böhm U, Muss C, Pfisterer M, 2004, Rationelle Diagnostik in der Ortho-molekularen Medizin: Hippokrates Verlag Stuffgart

Februar 2006

Dr. rer. nat. Peter Pagel
Diplom-Chemiker
Telefon (0 75 1) 502-650

Dr. med. Diethard Müller
Facharzt für Laboratoriumsmedizin
Telefon (0 75 1) 502-640