Was ist oxidativer Stress? Ursachen, Symptome und wie man ihn bekämpft

Was ist oxidativer Stress? Ursachen, Symptome und wie man ihn bekämpft 

In der modernen westlichen Welt kann Stress zu einem täglichen Begleiter werden. Unter den verschiedenen Formen, in denen er auftreten kann, gibt es auch den oxidativen Stress. Worum handelt es sich dabei? Was sind die Ursachen von oxidativem Stress? Und wie kann man ihn bekämpfen?

Oxidativer Stress ist die Folge eines Ungleichgewichts zwischen oxidierenden und antioxidativen Faktoren innerhalb der Zelle. Wenn dieser Zustand über längere Zeit anhält, kann er zahlreiche Zellstrukturen schädigen und das Risiko auch schwerwiegender Gesundheitsprobleme erhöhen. Die durch oxidativen Stress verursachten Schäden sind wiederum selbst eine Quelle oxidierender Faktoren. Dadurch kann ein Teufelskreis entstehen, in dem oxidativer Stress zu seiner eigenen Aufrechterhaltung beiträgt. Glücklicherweise kann zur Bekämpfung dieses Gesundheitsfeindes ein für alle zugängliches Mittel ausreichen: ein möglichst gesunder und ausgewogener Lebensstil.

Oxidativer Stress und freie Radikale

Die beiden Hauptklassen oxidierender Moleküle (oder freie Radikale) sind die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und die reaktiven Stickstoffspezies (RNS). Unter physiologischen Stressbedingungen (Eustress) sind ROS und RNS in kleinen Mengen vorhanden und regulieren die Genexpression, die Aktivierung von Rezeptoren, die Erkennung von Krankheitserregern, das Überleben der Zelle sowie ihre Fähigkeit zur Proliferation, Migration und Differenzierung. Ist ihre Produktion jedoch erhöht, kann ein Zustand von toxischem Stress (Distress) entstehen.

In diesem Zustand können freie Radikale andere Moleküle als ihre natürlichen Zielstrukturen oxidieren, sie schädigen und ihre Funktion beeinträchtigen. Der Distress verstärkt sich, wenn die übermäßige Produktion oxidierender Moleküle mit einer Schwächung der Mechanismen einhergeht, die die Zellstrukturen vor Oxidation schützen sollen. Die Zelle verfügt nämlich auch über ein Arsenal zum Schutz vor freien Radikalen, darunter beispielsweise Bilirubin, Melatonin, Harnsäure sowie eine Reihe antioxidativer Enzyme.

Was sind die Ursachen von oxidativem Stress?

An sich ist die Produktion oxidierender Faktoren ein natürlicher und notwendiger Prozess; sie entstehen sowohl bei der Energiegewinnung der Zelle unter Nutzung von Sauerstoff als auch bei der Tätigkeit verschiedener Enzyme. Es gibt jedoch auch Ursachen für oxidativen Stress aus der Umwelt, die den Zustand des Distress begünstigen können.
Zu den häufigsten zählen:

• Tabakrauch;
• Umweltverschmutzung;
• Infrarotstrahlung;
• Ultraviolettstrahlung;
• Sport.
  

Oxidativer Stress und Sport

Der erste Grund, warum Sport und körperliche Aktivität allgemein mit einem Anstieg des oxidativen Stresses verbunden sind, ist einfach: Durch Bewegung steigt der Sauerstofffluss im Körper. Zudem führen durch Training verursachte Mikroverletzungen der Muskulatur zur Anziehung weißer Blutkörperchen, deren Aktivität die Produktion freier Radikale erhöht. Diese Phänomene sind völlig physiologisch, aber wenn unerwünschte Nebenwirkungen vermieden werden sollen, müssen ihre Folgen zeitlich begrenzt werden.

Tatsächlich ist oxidativer Stress mit Entzündungen verbunden. Einerseits ist ein gewisses Maß an Entzündung nach körperlicher Aktivität sowohl für die Muskelregeneration als auch für den Aufbau neuer Muskelmasse nützlich. Andererseits kann eine zu lang anhaltende Entzündung die funktionelle Erholung beeinträchtigen und Symptome wie Schwäche und Muskelschmerzen fördern sowie beispielsweise die sportliche Leistungsfähigkeit in den folgenden Tagen verringern. Umgekehrt verbessert die Reduzierung des oxidativen Stresses die Performance nach dem Training und nach Wettkämpfen.

Wie äußert sich oxidativer Stress?

Noch bevor er sich durch offensichtliche Symptome wie eine Verringerung der sportlichen Leistungsfähigkeit zeigt, äußert sich ein erhöhter oxidativer Stress in Form von Schäden an grundlegenden Biomolekülen: Lipiden, Proteinen und Nukleinsäuren (DNA und RNA). Lipide können einer Peroxidation unterliegen. Dies kann auch bei Fetten der Omega-3-Reihe auftreten, die dadurch ihre Eigenschaften verlieren können. Omega-3-Fettsäuren und allgemein peroxidierte Lipide sind äußerst reaktiv und können mit Proteinen und DNA interagieren und diese unerwünscht verändern. Auch die Bausteine von DNA und RNA können oxidiert werden; außerdem kann oxidativer Stress die DNA-Helix buchstäblich aufbrechen und so Mutationen und andere gefährliche Umlagerungen des genetischen Materials fördern. Werden hingegen Proteine oxidiert, verändert sich ihre Struktur und folglich auch ihre Funktion.

Langfristig können irreversible Veränderungen von Lipiden, Proteinen und Nukleinsäuren sowie die daraus resultierenden strukturellen und funktionellen Schäden zur Entstehung von Gesundheitsproblemen beitragen. Daher kann sich ein hoher und anhaltender oxidativer Stress äußern in:

• Neurodegeneration: Oxidativer Stress spielt zweifellos eine Rolle bei der Alzheimer-Krankheit und wird auch mit der Entstehung von Parkinson in Verbindung gebracht.
• kardiovaskulären Erkrankungen: Ein Anstieg von ROS ist mit funktionellen und strukturellen Veränderungen verbunden, die die Durchblutung beeinträchtigen. Freie Radikale wurden beispielsweise mit Atherosklerose, Schlaganfall, Herzinfarkt und peripheren Gefäßerkrankungen in Verbindung gebracht.
• Diabetes: Ein hoher oxidativer Stress kann die Synthese und Funktion von Insulin beeinträchtigen, dem Hormon, das den Blutzuckerspiegel senkt. Zudem sind auch die Mechanismen, die zu den vaskulären Komplikationen von Diabetes führen, an freien Radikalen beteiligt.
• Tumoren: Bereits ein moderates Maß an oxidativem Stress kann Mutationen verursachen, die die Krebsentwicklung begünstigen. Auch die Oxidation von Proteinen und Lipiden wurde mit der Entstehung und dem Fortschreiten von Tumoren in Verbindung gebracht.
• Autoimmunerkrankungen: Oxidation kann zur Bildung von Molekülen führen, die vom Immunsystem als fremd erkannt und angegriffen werden, wodurch Autoimmunreaktionen entstehen.
• rheumatoide Arthritis: Oxidativer Stress ist sowohl Ursache als auch Folge der für diese Erkrankung typischen Entzündung. Zudem können ROS den Tod von Knorpelzellen auslösen und so die Degeneration der betroffenen Gelenke fördern.
• Nierenerkrankungen: Oxidativer Stress gilt als eine der Hauptursachen für Nierenschäden und ist mit verschiedenen Risikofaktoren für die Nierengesundheit verbunden (Bluthochdruck, Diabetes und Atherosklerose).
• Augenerkrankungen: Altersbedingte Makuladegeneration, Katarakt, Uveitis, Frühgeborenenretinopathie, Keratitis und Augenentzündungen sind nur einige der mit oxidativem Stress verbundenen Probleme.

Die Analyse von oxidativem Stress

Die möglichen Ansätze zur Analyse von oxidativem Stress sind drei. Einerseits gibt es Tests zur Bewertung von oxidativem Stress basierend auf der Analyse der Konzentrationen einiger Oxidationsprodukte. Andererseits können Tests eingesetzt werden, die direkt die Konzentration freier Radikale messen. Solche Tests werden beispielsweise verwendet, um den oxidativen Stress im Sperma von Männern mit Fruchtbarkeitsproblemen zu beurteilen. In diesem Fall gehören zu den direkten Messmethoden die Chemilumineszenz und die Durchflusszytometrie, während Beispiele für indirekte Messungen die Bewertung der Lipidperoxidation, des Redoxpotenzials und der gesamten antioxidativen Kapazität sind.

Schließlich kann die Analyse von oxidativem Stress auch auf genetischen Tests beruhen; diese bewerten jedoch nicht die tatsächlichen Stresswerte, sondern die genetisch bedingte Neigung zur Anhäufung freier Radikale. 

Wie bekämpft man oxidativen Stress? 

Wie bereits erwähnt, reichen die zellulären Abwehrmechanismen nicht immer aus, um freie Radikale wirksam zu bekämpfen, insbesondere wenn sie in großen Mengen produziert werden. Was kann man also tun, um oxidativen Stress zu verringern? Einerseits kann man versuchen, oxidativen Stress vorzubeugen, indem man die Exposition gegenüber Faktoren reduziert, die die Bildung freier Radikale fördern, wie etwa Tabakrauch. Andererseits kann man das eigene antioxidative Abwehrsystem durch Lebensmittel, die reich an exogenen Antioxidantien sind (also von außerhalb des Körpers stammen), sowie durch Nahrungsergänzungsmittel gegen oxidativen Stress stärken.

Wie wirken Antioxidantien aus Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln?

Es gibt verschiedene Arten von Antioxidantien:

- primäre Antioxidantien verhindern die Bildung freier Radikale;
- sekundäre Antioxidantien neutralisieren sie;
- tertiäre Antioxidantien reparieren die durch oxidativen Stress geschädigten Moleküle.

Welche sind die besten natürlichen Antioxidantien?

Zu den besten exogenen natürlichen Antioxidantien gehören Vitamin C, Vitamin E, Carotinoide, Selen, Zink, phenolische Verbindungen, Lecithine und Coenzym Q10. Sie kommen in Lebensmitteln vor, insbesondere in solchen pflanzlichen Ursprungs; nicht umsonst kann eine Ernährung reich an Obst und Gemüse die Auswirkungen von oxidativem Stress wirksam entgegenwirken.

Auch den Omega-3-Fettsäuren werden antioxidative Eigenschaften zugeschrieben. Dies ist einer der Gründe, warum sie als Verbündete der Gesundheit von Sportlern gelten: Sie können helfen, den oxidativen Stress nach dem Training und nach Wettkämpfen zu regulieren und vor allem die damit verbundenen Entzündungsprozesse zu beeinflussen.

Welche sind die besten antioxidativen Nahrungsergänzungsmittel?

Heute können viele der in Lebensmitteln enthaltenen Antioxidantien auch in Form von Nahrungsergänzungsmitteln gegen oxidativen Stress eingenommen werden. Leider ist ihre Wirksamkeit nicht immer mit der des Verzehrs von Obst und Gemüse vergleichbar. In einigen Fällen wurden auch völlig unerwartete Nebenwirkungen festgestellt. Aus diesem Grund werden beispielsweise Beta-Carotin-Präparate Rauchern nicht empfohlen: Trotz ihres antioxidativen Potenzials können sie bei Rauchern das Risiko für Lungenkrebs erhöhen. In anderen Fällen, wie bei Vitamin E, sind negative Effekte mit der Einnahme sehr hoher Dosen von Antioxidantien verbunden.

Daher ist es entscheidend, dass Nahrungsergänzungsmittel gegen oxidativen Stress nur nach sorgfältiger Prüfung der Kontraindikationen (wie Rauchen im Fall von Beta-Carotin) eingenommen werden. Gleichzeitig ist es wichtig sicherzustellen, dass die zugeführten Dosen an Antioxidantien nicht übermäßig sind. Diese Vorsichtsmaßnahmen sowie die Wahl von Produkten, die hohe Standards in Bezug auf Reinheit und Frische der Inhaltsstoffe gewährleisten, ermöglichen es, den größtmöglichen Nutzen aus antioxidativen Nahrungsergänzungsmitteln zu ziehen, ohne die Gesundheit zu gefährden.

Abschließend eine interessante Tatsache. In einigen Nahrungsergänzungsmitteln erfüllt das Vorhandensein von Antioxidantien eine zusätzliche spezifische Funktion: den Schutz anderer Inhaltsstoffe vor Oxidation. Beispielsweise kann Vitamin E in nicht schädlichen Konzentrationen verwendet werden, um die Oxidation der in Fischöl enthaltenen Omega-3-Fettsäuren zu verhindern und so die Produktqualität zu gewährleisten. In Omega-3-Nahrungsergänzungsmitteln aus Krillöl übernimmt diese Funktion ein anderes natürliches Antioxidans, Astaxanthin, ein Carotinoid, das natürlicherweise in diesem Öl vorkommt.

Quellen:

Agarwal A and Majzoub A. Laboratory tests for oxidative stress. Indian J Urol. 2017 Jul-Sep;33(3):199-206. doi: 10.4103/iju.IJU_9_17

Alabdali A et al. Antioxidant activity of Curcumin. Research Journal of Pharmacy and Technology. 2021; 14(12):6741-6. doi: 10.52711/0974-360X.2021.01164

Albert BB et al. Oxidation of Marine Omega-3 Supplements and Human Health. Biomed Res Int. 2013; 2013: 464921. doi: 10.1155/2013/464921 

do Nascimento Marreiro D et al. Zinc and Oxidative Stress: Current Mechanisms. Antioxidants (Basel). 2017 Jun; 6(2): 24. doi: 10.3390/antiox6020024

Gammone MA et al. Omega-3 Polyunsaturated Fatty Acids: Benefits and Endpoints in Sport. Nutrients. 2018 Dec 27;11(1):46. doi: 10.3390/nu11010046

Mehta SK and Gowder SJT. Members of Antioxidant Machinery and Their Functions, in SJT Gowder (ed.), Basic Principles and Clinical Significance of Oxidative Stress, IntechOpen, London. 2015. doi: 10.5772/61884

NIH. Antioxidant: In Depth. https://www.nccih.nih.gov/health/antioxidants-in-depth. Ultima visualizzazione: 27/07/22 

O'Connor E et al. Nutritional Compounds to Improve Post-Exercise Recovery. Nutrients. 2022 Nov 29;14(23):5069. doi: 10.3390/nu14235069

Pereira CPM et al. Antioxidant and anti-inflammatory mechanisms of action of astaxanthin in cardiovascular diseases (Review). Int J Mol Med. 2021 Jan; 47(1): 37–48. doi: 10.3892/ijmm.2020.4783

Pisoschi AM et al. Oxidative stress mitigation by antioxidants - An overview on their chemistry and influences on health status. Eur J Med Chem. 2021 Jan 1;209:112891. doi: 10.1016/j.ejmech.2020.112891

Saini R. Coenzyme Q10: The essential nutrient. J Pharm Bioallied Sci. 2011 Jul-Sep; 3(3): 466–467. doi: 10.4103/0975-7406.84471

Tinggi U. Selenium: its role as antioxidant in human health. Environ Health Prev Med. 2008 Mar; 13(2): 102–108. doi: 10.1007/s12199-007-0019-4

Tomczyk M et al. Athletes Can Benefit from Increased Intake of EPA and DHA-Evaluating the Evidence. Nutrients. 2023 Nov 26;15(23):4925. doi: 10.3390/nu15234925