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Freie Radikale - ihre Gefahr und ihre Lebensnotwendigkeit#


Freie radikale werden immer öfter in Zusammenhang mit der Entstehung verschiedener Krankheiten, vor allem Arteriosklerose und Krebs, erwähnt. Immer wieder erfahren wir über die Medien, in Drogeriemärkten und in Apotheken, daß wir zum Schutz gegen die negativen Auswirkungen von freien Radikalen sogenannte Radikalfänger, die als Wundermittel gegen Arteriosklerose, Krebs, das Altern, Siabetes usw gepriesen werden, vermehrt aufnehmen sollen.

Es gibt verschiedene Auslöser für die Entstehung von freien Radikalen, man unterscheidet endogene und exogene:

  • zu den endogenen Auslösern gehören alle Stoffwechselprozesse in unserem Körper, die mit Hilfe von Sauerstoff ablaufen. Unser Körper benötigt für eine Vielzahl von Prozessen Sauerstoff. Freie Radikale entstehen ständig als Nebenprodukt. Dies ist ein ganz normaler Vorgang, der unserem Körper nicht schadet. Bei einer Erhöhung des Energiestoffwechsels, zb bei Sport oder anderen körperliche Anstrengungen, oder bei häufiger Aktivierung ganz bestimmter Zellen, zb der weißen Blutkörperchen, werden vermehrt freie Radikale gebildet.
  • exogene Auslöser sind Einflüsse der Umwelt auf unseren Körper. Zu diesen Einflüssen gehören wie die UV-Strahlen und Ozon, aber auch radioaktive Strahlen, Zigarettenrauch, Pestizide und andere Belastungen der Umwelt.

Freie Radikale sind Atome oder Moleküle, die ein oder mehrere ungepaarte (freie) Elektronen besitzen und dadurch instabile, kurzlebige und hochreaktive Moleküle darstellen. Durch das ungepaarte oder einsame Elektron sind freie Radikale hochgradig reaktiv. Sie sind bestrebt ihren instabilen Zustand auszugleichen, indem sie anderen Molekülen Elektronen entreißen und chemisch zu oxidieren, um eine stabilere Elektronenkonfiguration zu erhalten.

Freie Radikale haben eine äusserst geringe Halbwertzeit von mitunter Millionstel Sekunden bis zu einigen wenigen Sekunden. Ihre Aktivität ist praktisch nicht diagnostisch erfassbar. Je geringer die Halbwertzeit, um so reaktiver das Radikal. Als reaktive Sauerstoffspezies (ROS) werden auch reaktive Sauerstoffverbindungen ohne Radikalcharakter, wie zb Ozon bezeichnet. Freie Radikale werden schädigend, wenn sie zu Veränderungen an Nucleinsäuren führen und damit die Chromosomen verändern. Auch Proteine können geschädigt werden, was zb die Funktion von Enzymen beeinträchtigen kann. Kohlenhydratmoleküle sind fast resistent gegen freie Radikale. Nicht so resistent sind die ungesättigten Fettsäuren. Durch einen Angriff eines Sauerstoffradikals kommt es zu einer Peroxidation des Lipidmoleküls. Die beobachtbare Oxidation von ldl-Cholesterin durch Oxidantien wird in Verbindung mit Arteriosklerose gebracht.

Einsame Elektronen können ihren Elektronenpartner aus fast allen Biomolekülen gewinnen und diese damit in ihrer Funktion verändern. Freie Radikale stellen eine potentielle Gefahr für den Organismus dar. Reaktive Formen des Sauerstoffs (ROS), erfüllen aber auch positive Funktionen im Organismus, so dienen sie beispielsweise dazu, eindringende Mikroorganismen abzutöten oder als Mediatoren die Synthese von Interleukinen (körpereigene Botenstoffe der Zellen des Immunsystems) zu stimulieren. Ein zuviel an ROS kann durch die Umwelt (zb Luftschadstoffe, Schwermetalle, Pestizide), Genußmittel (Alkohol, Tabak), körperliche Belastung wie zb falsches Training entstehen. Die Metabolisierung (Stoffwechsel) diverser Medikamente wie Zytostatika, orale Kontrazeptiva, Paracetamol, Antibiotika wie Chloramphenicol oder Nitrofurantoin führt ebenfalls zu einer vermehrten Radikalfreisetzung.

Die freien Radikale schädigen viele zelluläre Strukturen, vor allem Zellmembranen. Zum Glück besitzt unser Organismus ein Redox-system und kann durch enzymatische (zb Dismutasen, Katalasen und die selenhaltige Glutathionperoxidase) und auch nicht-enzymatische Mechanismen (zb Vitamin C, Vitamin E, Betakarotin und Sekundäre Pflanzenstoffe usw) als sogenannte Antioxidantien die freien Radikale entgiften.

Die Entstehung von freien Radikalen ist völlig normal und muss nicht gleich zu einer Gefährdung der Gesundheit führen. Der menschliche Organismus ist täglich mit einer Vielzahl an ROS konfrontiert. Der Körper verfügt über eigene schützende Antioxidative Ressourcen. Vitamin E ist dabei als ein besonders wirksamer Radikalfänger (Antioxidant) hervorzuheben. Freie Radikale werden erst dann zur Gefahr, wenn die pro- gegenüber den antioxidativen Faktoren überwiegen. Ein solches Ungleichgewicht bezeichnet man als oxidativen Stress und wird unterstüzt durch mangelnde Zufuhr von Antioxidantien mit der Nahrung, Nikotin, Alkohol, Ozon, Uv-Strahlung, Umweltgifte, etc.

Neben den Wirkungen auf unsere Haut, hat die Sonne auch Einfluss auf die Radikalbildung in unserem Körper. Bei langer und intensiver Sonnenbestrahlung werden im Körper vermehrt freie Radikale freigesetzt. Aber auch die erhöhten Ozonwerte steigern die Radikalbildung. Darum sollte man nun besonders darauf achten, die zerstörende Wirkung der freien Radikale zu verhindern. In der Ernährungsberatung genießen bestimmte Oxidantien allerdings einen sehr schlechten ruf. Freie Radikale bergen ein nicht unerhebliches Schädigungspotential für Proteine und Fettsäuren in sich und müssen mit Hilfe geeigenter Vitamine, den so genannten Antioxidantien oder radikalfänger schnellstens neutralisiert werden. Dies wird zumindest von den Herstellern der Vitaminpräparate vehement gefordert.

Die verschiedenen Antioxidantien sollten nicht einzeln, sondern miteinander kombiniert aufgenommen werden. Denn viele Wirkungen ergänzen sich. So kann beispielsweise durch Vitamin E oxidiertes Vitamin C wieder regeneriert und dadurch wieder wirksam gemacht werden.

Oxidativer Stress, das Gleichgewicht zwischen Antioxidativen und prooxidativen Faktoren, ist also für die physiologische Zellfunktion von entscheidender Bedeutung. Ist dieses Gleichgewicht gestört, indem zb mehr reaktive Sauerstoffverbindungen gebildet werden, als durch die Antioxidantien abgefangen werden können, so spricht man von oxidativem Stress. Bei der Entstehung von oxidativem Stress spielen sowohl endogene wie auch exogene Faktoren eine wesentliche Rolle.

Durch dieses ungleichgewicht werden Mechanismen in gang gesetzt, die in Zusammenhang mit vielen von Erkrankungen gebracht werden. Auch die Beteiligung an Entzündungsvorgängen, Sepsis, Karzinogenese und neurodegenerativen Prozessen ist augenscheinlich. Ein Zusammenhang zwischen oxidativem stress und diesen erkrankungen konnte allerdings noch nicht aufgezeigt werden.

Die beste Möglichkeit, einen ausgeglichenen Zustand zwischen Oxidantien und Antioxidantien aufrechtzuerhalten, ist ein ausgewogener Lebensstil. Dazu zählt eine ausgewogene Ernährung, mit der eine kombination an möglichst vielen Antioxidantien aufgenommen wird. Im Vordergrund einer solchen Ernährung stehen Obst- und Gemüseprodukte. Weiters kann durch gesundes körperliches Training einerseits die Effizienz der antioxidativen Enzyme gesteigert werden und andererseits bilden trainierte weniger ROS. Die Vermeidung von exogenen ROS-Quellen (Tabak, Alkohol) führt ebenfalls zum einsparen von Antioxidantien. Da das Zigarettenrauchen zu einer regelrechten Explosion freier Radikale im Organismus führt, stellt das Nicht-rauchen neben einer gesunden Ernährung die wichtigste Maßnahme dar, den oxidativen Stress des Körpers zu verringern!

Antioxidantien unter Antioxidantien versteht man Substanzen, die in niedrigen Konzentrationen den Organismus vor unerwünschten oxidativen Schäden schützen. Man unterscheidet zwischen enzymatischen und nicht-enzymatischen Antioxidativen Abwehrsystemen:

  • zu den enzymatischen Antioxidantien gehören vor allem die Enzyme Superoxiddismutase, die Glutathionperoxidase und die Katalase. Damit diese Enzyme arbeiten können benötigen sie Selen, Kupfer, Mangan, Zink und Eisen.
  • bei den nicht-enzymatischen Antioxidantien unterscheidet man zwischen Endogenen niedermolekularen Antioxidantien (zb Glutathion) und den exogenen Antioxidantien, die über die Nahrung zugeführt werden müssen, wie Vitamin C, A-Tocopherol, Karotinoide (ß-Carotin, Lykopin, Kryptoxanthin,...) und sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe (Polyphenole, Flavonoide,...).

Von großer biologischer Bedeutung sind die Sauerstoffradikale. Sie entstehen bei Energiebereitstellungsprozessen in den Mitochondrien (ca. 6% des Sauerstoffumsatzes) und bei Entzündungsreaktionen. Wenn der Körper etwa beim Sport ausgiebig und intensiv arbeiten muss, wird mehr Sauerstoff umgesetzt und es entstehen entsprechend mehr Sauerstoffradikale.

Es gibt zweifelhafte Studien, die eine Steigerung der muskulären Leistungsfähigkeit durch die Gabe von antioxidativen Vitamine zeigen. Seriöse Arbeiten konnten diese Hypothese allerdings nie stützen. Auch kann man nicht behaupten, dass durch einen erhöhten Vitamin-E-Spiegel die muskuläre Belastbarkeit gesteigert wird. Muskuläre Regenerationsprozesse sind davon weitestgehend unabhängig zu betrachten. Man kann lediglich vermuten, dass eine gute Versorgung mit antioxidativen Vitaminen langfristig einen Beitrag zur Gesunderhaltung liefert. Ob es in dieser Frage allerdings Unterschiede zwischen Sportlern und der Normalbevölkerung gibt, ist bis Dato noch nicht bekannt.

Da Sportler mit Blick auf die oxidative Regulationsfähigkeit eine Risikogruppe darstellen, ist eine Supplementierung von antioxidativen Vitaminen empfehlenswert, wenn auch die unbedingte Notwendigkeit wissenschaftlich noch nicht belegt ist. Wie oben erwähnt sind Sportler mit Blick auf oxidativen Stress einem erhöhten Risiko ausgesetzt. Sie müssen mehr als andere auf eine hinreichende Zufuhr von Antioxidantien mit der Nahrung achten. Mit einer Ernährung, die reich an frischem Gemüse ist, wird die Zufuhrempfehlung in der Regel erreicht.

Wer als Sportler maßvoll antioxidative Vitamine supplementiert, ist auf der sicheren Seite. Eine wahrhaftige Vitaminmast bringt allerdings keine Vorteile. Vielmehr muss in Erwägung gezogen werden, dass maßlos übertriebene Zufuhrmengen auch negative Folgen haben können.

Eine zusätzliche Zufuhr von Vitaminen und Spurenelementen über den Bedarf hinaus ist weder notwendig noch sinnvoll, auch wenn heutzutage die Zugabe dieser mikronährstoffe stark beworben wird. Weiters sollte man bedenken, dass es auch die freien Radikale sind, die die täglich in unserem Organismus entstehenden Krebszellen bekämpfen. Die freien Radikale dürfen somit nicht ausschließlich als feindbild betrachtet werden, das man um jeden preis bekämpfen muss.

Zur Zeit besteht keine wissenschaftlich fundierte Begründung für die Gabe von Antioxidantien. Randomisiert kontrollierte Studien zeigen keinen Benefit einer Antioxidantiengabe. Ganz im Gegenteil die Einnahme an Antioxidantien zeigte in großen Interventionsstudien sogar negative Effekte. So unglaublich diese Ergebnisse auch sein mögen, die Entscheidungen für Patienten werden nicht auf hypothetischen Grundlagen, sondern anhand von randomisierten, doppelblind plazebokontrollierten Studien am ;enschen gefällt. Aus diesem grund sollte im Moment keine Empfehlung für eine Supplementation erfolgen. Wenn wir wissen welche Antioxidantien, in welcher Menge und zu welchem Zeitpunkt verabreicht werden sollen, besteht die Hoffnung, daß Antioxidantien tatsächlich in die Therapie von diversen Erkrankungen einbezogen werden.

Eine unkritische Einnahme von Vitaminpräparaten, die in den USA Mode ist und zunehmend auch bei uns propagiert wird, ist abzulehnen - nicht zuletzt aus gesundheitlichen Gründen. Mittlerweile weiß man, dass die Einnahme von Vitaminpräparaten mehr gesundheitliche Nach- als Vorteile mit sich bringt, wie mehrere wissenschaftliche Studien gezeigt haben. Ein Apfel täglich ist allemal gesünder. Auch das ist wissenschaftlich belegt. Vitamine in ihrer natürlichen Form, sprich in den Lebensmitteln, vor allem in Obst und Gemüse, entfalten zusammen mit den sekundären Pflanzenstoffen erst so richtig ihren gesundheitlichen Wert.

An dieser Stelle sei festgestellt, dass die Vorgangsweise des Begründers der Vitaminphilosophie bzw der Orthomolekularmedizin, des zweimaligen Nobelpreisträgers Linus Pauling, sich täglich grammweise Vitamine einzuverleiben (unter anderem 18 g Vitamin c), völlig irrational war und keine Vorbildwirkung haben sollte. Die Annahme, Pauling hätte die Ehrungen für seine Forschungen über Vitamine erhalten, ist falsch. Er erhielt die Nobelpreise für andere Leistungen (Physik und Frieden). Auf die Vitamine stieß Pauling erst im höheren Alter. Besonders das Vitamin C hatte es ihm angetan. Er war von der Idee besessen, darin die lang gesuchte Wunderwaffe gegen Krebs gefunden zu haben. In seinem buch Das Vitamin-Programm behauptet Pauling, dass man mit Megadosen von Vitamin C neben Krebs auch Grippe und grippale Infekte, Hepatitis und sogar Schizophrenie behandeln könne.

Berühmt-berüchtigt wurde eine seiner Studie aus dem Jahr 1976 aufgrund ihres verwegenen Designs: Pauling hatte 100 Krebskranke mit Vitamininjektionen behandelt und ihre Überlebensrate mit der von 1000 anderer, nicht vitaminbehandelter Krebskranker verglichen. Die mit Vitaminen behandelten Patienten lebten um das Vierfache länger als die Kontrollgruppe, und Pauling feierte dieses Ergebnis als Durchbruch in der Krebsforschung. Jahre später wurde diese Studie von Wissenschaftlern der Mayo-Klinik in Rochester, Minnesota, wiederholt. Diesmal zeigte die idente Vitamintherapie keinen Effekt, worauf man Paulings Daten genauer unter die Lupe nahm. Dabei kam ein wissenschaftlicher Betrug ans Tageslicht: Pauling hatte die 1000 Patienten der Kontrollgruppe einfach aus alten Krankengeschichten rekrutiert - sie waren bereits verstorben, als Paulings Patienten ihre ersten Vitamine gespritzt bekamen! Pauling hatte also 2 Gruppen von Patienten miteinander verglichen, die zwar die gleiche Erkrankung, aber eine unterschiedliche Zukunftsaussicht, sprich Lebenserwartung hatten. Dieser schwere methodische Fehler machte Paulings Sensationsstudie natürlich ungültig. Der bekannte Epidemiologe Paul Rosenbaum bemerkte dazu: Eines kann man mit absoluter Sicherheit sagen: die Prognose eines bereits toten Patienten ist alles andere als gut.

Übrigens: Pauling bekam, wie andere ältere Männer auch, in fortgeschrittenem Alter Prostatakrebs.

Diagnostische Methoden

da freie Radikale eine extrem kurze Lebensdauer haben, ist es bis jetzt praktisch unmöglich, sie direkt im Organismus zu bestimmen. Aus diesem Grund versucht man Surrogatparameter zu bestimmen. Diese können

  • die Konzentration der Antioxidantien im plasma,
  • die durch oxidativen Stress geschädigten Biomoleküle oder
  • die Antioxidative kapazität sein.



Insgesamt zeichnet sich ab, daß Antioxidantien ein beträchtliches biologisches Potential aufweisen, welches, wenn richtig und kritisch genutzt, für den Menschen in der Prävention aber auch Intervention von Krankheiten von Bedeutung sein könnte. Voraussetzung ist jedoch, daß nicht nur eine Wirkung bejubelt, sondern auch die Langzeitsicherheit der Anwendung geprüft ist, da sonst Gefahren resultieren könnten, die möglicherweise weitaus schwerwiegender sind als die Krankheiten, die wir mit der Anwendung von Antioxidantien verhindern wollen. Obwohl so viele Krankheiten mit einer Erhöhung des oxidativen Stresses korrelieren, ist es dennoch schwierig Empfehlungen für die Supplementation mit Antioxidantien auszusprechen, die Gründe dafür sind folgende:

  • Antioxidantien können in höheren Mengen oder durch veränderte Umgebungsbedingungen (vorhandensein von Übergangselementen, freies Eisen, Kupfer,..) auch prooxidative Wirkungen entfalten.
  • große Interventionsstudien (20.000 30.000 Studienteilnehmer) über die chronische Supplementierung mit ß-Carotin und a-Tocopherol zeigen wenig Erfolg bzw sogar negative Ergebnisse.
  • für den Großteil an antioxidativ wirkenden Nährstoffen liegen keine vergleichbaren Studien vor.
  • die von niedergelassenen Ärzten durchgeführten Therapien mit Antioxidantien haben leider nur anekdotischen Wert, da keine wissenschaftlichen Publikationen über diese Behandlungen vorliegen und sie sich damit einer evidenzbasierten Beurteilung entziehen.
  • die kurzfristige klinische Gabe von Antioxidantien, Vitamin C und Vitamin E, zeigten bei einigen Krankheitsbildern positive Effekte. Allerdings stehen auch hier größere systematische Studien aus.

Autor: elmar schön