RADIKALE UND ANTIOXIDANTIEN
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Antioxidantien und Radikale ---
allgemeine Wirkungsmechanismen---Antioxidantiennews
Radikalfänger Der Begriff "Freie Radikale" sollte heute jedem Kind und Erwachsenen geläufig sein, sind sie doch die "Substanzen", die am meisten bedrohlich für unsere Gesundheit geworden sind. In der Evolution hatte sich ein Gleichgewicht zwischen exogenen und endogenen "Freien Radikalen" einerseits und dem Radikalfängersystem andrerseits eingestellt. Damit war die Belastung aus der Umwelt gut kompensiert, die physiologische Bedeutung "Freier Radikaler" biologisch genau definiert und in diesem Rahmen kontrolliert zugelassen, ja sogar notwendig. Entwicklung der "Freien-Radikalen"-Patho-Biochemie Die mögliche Bedeutung der Lipidperoxidation in der Biologie als Zerstörungsprozeß an Zellmembranen war erstmals in Arbeiten von Tappel 1962 vermutet worden. Nach und nach führten die Arbeiten (Hochstein und Ernster 1963, Recknagel 1966, Slater 1972) zu der Erkenntnis, daß die Lipidperoxidation einen grundlegenden Mechanismus für die Toxizität einer großen Palette von Chemikalien darstellt. Heute ist anerkannt, daß Lipidperoxidation eine der Reaktionen ist, die in der Folge der Bildung von Freien Radikalen in Geweben und Zellen abläuft. Der Mechanismus von Zellzerstörung durch Freie Radikale ist mittlerweile vielfach durch zahlreiche Autoren (Slater 1984, Halliwell 1989 und v.a.) belegt. Kurzgefaßt beinhaltet dieser Mechanismus Reaktionen mit Nukleinsäuren, Nucleotiden, Polysacchariden, Proteinen und nicht- proteinhältigen Thiolen (Thiol-Oxidation), weiters die kovalente Bindung an Membran-Komponenten (Proteine, Lipide, Enzyme, Rezeptoren und Transportsysteme) und die Initiierung von Lipidperoxidation. Die Lipidperoxidation war als eine der ersten Folgen oxidativer Reaktionen in der Zellpathologie erkannt, weil sie ein hervortretendes Phänomen eines unkontrollierten oxidativen Stresses darstellt. Mit der Entdeckung der Superoxiddismutase (SOD) durch McCord et alt.1969 und mit der Kenntnis, daß Sauerstoffradikale leicht in biologischen Systemen produziert werden, wurde ein komplexes Spektrum pathologischer oxidativer Reaktionen erkannt. Daraus resultierend wurde der Begriff "oxidativer Stress" definiert, um die Bedingungen aufzuzeigen, in welcher die oxidative/antioxidative Balance Richtung Peroxidation gestört bzw. verschoben ist. |
Hyperradikalie
Krebsvorsorge
Das 20.Jahrhunderts bescherte unserer Erde eine noch nie dagewesene
Hyperradikalie, also eine massive Überbelastung mit "Freien Radikalen", deren Bedeutung und Gefährlichkeit weit
unterschätzt wird. Politik und Medizin verabsäumen bis heute völlig eine umfassende Aufklärung, wirkungsvolle Maßnahmen
werden nicht propagiert, schon gar nicht initiiert, obwohl die biochemische Grundlagenforschung der letzten zwei bis drei Jahrzehnte
einen umfangreichen Einblick in die elementaren Schutz- und Reparaturmechanismen gewährt. Das biologische Instrumentarium des Organismus bietet sehr wohl die
Chance, dieser massiven Überflutung mit "Freien Radikalen" erfolgreich entgegenzutreten. Immer war dieses "Wehren"
in der Evolution ein ständiges Überlebensprinzip, der Fähigkeit des Organismus, "Freie Radikale" zu kompensieren
ist möglicherweise fast unbegrenzt, vorausgesetzt, daß die nötigen Kompartimente und Bausteine (Enzyme, Vitamine, Spurenelemente)
ausreichend verfügbar sind.
Radikalfängersystem (Antioxidantien, Scavanger ...)
Die Entwicklung von entsprechenden Radikalfänger-Systemen ist
in der Entwicklungsgeschichte eng mit der Anpassung des Lebens an neue Entwicklungsschritte in einer neuen Umweltsituation
geknüpft. Besonders um die Zeit der "Landnahme" "verlor" das sich weiterentwickelnde Leben das schützenden Medium Wasser
und war damit einer wesentlich feindlicheren Umwelt ausgesetzt. Erhaltung von Leben war in dieser Phase daher nur über
die Bereitstellung bzw. Perfektionierung besonderer (antioxidativer) Schutzsysteme möglich. Damals wie heute war und
ist der Organismus einer Unzahl belastender Einflüsse ausgesetzt, wie geologische und paläo-klimatische Forschungen
sowie neueste biochemische Forschungen zeigen.
Krankheitsbilder
Eine Übersicht von G.Ohlenschläger zeigt die "Sündenliste"
Freier Radikale und diese läßt schon erkennen, wie sehr eine Unzahl von Krankheitsbildern ausgelöst oder zumindest beeinflußt
werden. Immer wieder sind es feinstoffliche Veränderungen, die letztlich zu klinischen Krankheitserscheinungen
führen: Störungen des Elektronentransportes in Mitochondrien und in Mikrosomen,
molekularer Sauerstoff, Polyensäuren in
Verbindung mit Übergangsmetallen, Fremdstoffentgiftung, Enzymreaktionen
u.v.a.m. Bei Überwiegen von Freien Radikalen und/oder Schwäche der
Radikalfängersysteme kommt es zu Mutationen, Translationsfehlern, zum "Cross-linking" an Makromolekülen, zu
Membranschädigungen und zu Lipofuscinbildung - und in der Folge zu den dargestellten Krankheiten. Radikalische Reaktionen
laufen wie Kettenreaktionen (Dominoeffekt)
über mehr als hundert Kettengliedern bis es zur Beendigung der
Reaktionen unter Bildung von Di- bzw. Polymeren über Sauerstoffbrückenbildung kommt. Dadurch aber kommt es zu Veränderungen,
Dislokationen und Zerstörungen von Membranen, Membranenzymen und Membranrezeptoren. Weiters werden die
Transportmechanismen zerstört und letzendlich bedeutet dies das Todesurteil für die Zelle. Vermehrter
Zelltod in einem Zellverband bedeutet DEGENERATION, gleichzusetzen mit Qualitäts- und Funktionsverlust, Beschwernis
und Altern. "Freie Radikale" verursachen genau so Defekte an Reparatur-Systemen,
die ständig und maßgebend damit beschäftigt sind, die zahllosen Defekte an den Feinstrukturen der Zelle bis hin zur DNA
auszubessern bzw. zerstörte Strukturen abzuräumen.
Sind diese Reparaturen ungenügend, können z.B. punktuelle
Veränderungen an der DNA nicht mehr "herausgeschnitten" werden. Somit können vormals normale Genabschnitte (Proto-Onkogene)
zu Onkogenen werden - das Wachstumsprogramm der Zelle ist somit gestört und eine möglicherweise
nicht mehr zu kontrolliernden Zellwucherung nimmt ihren unheilvollen Anfang.Die Hyperradikalie („Freie Radikale“
im Übermaß) unseres Lebensraumes führt zu Veränderungen in unserer Erbsubstanz (DNA-Mutation). Die
Zelle stirbt entweder ab oder es kommt zur Veränderung in Richtung Bösartigkeit (maligne Transformation).
Versagen die entsprechenden Schutz- und Reparaturmechanismen, zuletzt
das Immunsystem, kann sich ein bösartiger Tumor bilden. Aus der Vielzahl der Schädigungen biologischer Strukturen
durch "Freie Radikale" sei die Lipidperoxidation herausgegriffen, da gerade dadurch die Integrität der Zelle infolge
Zerstörung der Zellmembran (Doppellipidmembran) auf höchste gefährdet ist. Dieses Ereignis ist Grundlage für
die meisten degenerativen Erkrankungen beginnend vom rheumatischen Formenkreis bis hin zur Parkinsonschen Krankheit, Multiple Sklerose
u.v.a.
Die Kenntnis der "Freien-Radikalen"-Patho-Biochemie führt auch
zur Neubeurteilung genetischer Veränderungen, die somit eher als Folge (erworbene genetische Veränderung), nicht
als Ursache zu sehen sind. Zahlreiche epidemiologische und Interventionsstudien Studien konnten
zeigen, daß eine gute Versorgung von vornherein (natürlicherseits) bzw. eine Supplementierung (Nahrungsergänzung)
mit Antioxidantien ("Radikalfänger") eine Senkung der Krebsinzidenz bis zu 50 % bewirken kann. In der Krebsnachsorge leisten die Radikalfänger wertvolle Hilfe
in der Entgiftung nach Narkosen, Chemo- und Strahlen -therapien sowie in der Verbesserung der metastasenfreien Zeiten. Für eine sinnvolle Supplementierung in beiden Bereichen (Prävention,
Krebsnachsorge) ist die möglichst konsequente und kontinuierliche (tägliche) Einnahme der angeführten Substanzen
lebenslang erforderlich. Vor der isolierten Einnahme nur einzelner Substanzen muß allerdings
gewarnt werden: Ein Radikalfänger wird nach "Fangen" eines Freien Radikals selbst
zum Freien Radikal. Dies trifft besonders für Beta-Carotin zu. Wichtig ist also die Stärkung der gesamten Radikalfänger-Kette,
die erst einen vollständigen Abtransport Freier Radikaler
ermöglicht. Somit kann sich das System selbst regenerieren.
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Allgemeine Überlegungen:
In allen gesunden Organismen besteht ein Gleichgewicht zwischen dem
Auftreten hochreaktiver Sauerstoffverbindungen - den sogenannten "Freien Radikalen" und deren Vernichtung durch Antioxidantien.Freie
Radikale sind Moleküle mit einem fehlenden Elektron, welches sie in aggressiver Weise (radikal) einem anderen
Molekül entreißen. Dieses wird somit wieder zu einem Radikal. Somit entsteht eine Kettenreaktion die solange andauert, bis das Radikal
durch ein Antioxidans gebunden wird.
Freie Radikale werden aber auch vom Körper zur Vernichtung von
Krankheitserregern, Tumorzellen,... benötigt.
Freie Radikale werden durch die normalen Stoffwechselvorgänge,
Atmung,... gebildet. Vermehrt treten sie durch psychischen Stress, Sauerstoffmangel im Gewebe (Herzinfarkt, Schlaganfall,...), Infektionen,
Zigarettenrauch, Alkohol (durch Reduktion der körpereigenen Antioxidantien), Ozon,..... auf.
Tips:Wie immer: gesunde Ernährung und gesunde Lebensführung!
Antioxidantien sind:
Co-Enzym Q10
Vitamin E
Acerola
Beta-Karotin
Zink (Weizenkleie, Käse, Kürbiskern, Austern, Bierhefe)
Traubenkern-Öl
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Radiaire 24
Seleniumhefe
Grüner Tee
Antioxidantien
Allgemeine Überlegungen:
In allen gesunden Organismen besteht ein Gleichgewicht zwischen dem
Auftreten hochreaktiver Sauerstoffverbindungen - den sogenannten "Freien Radikalen" und deren Vernichtung durch
Antioxidantien.Freie Radikale sind Moleküle mit einem fehlenden Elektron, welches
sie in aggressiver Weise (radikal) einem anderen Molekül entreißen.
Dieses wird somit wieder zu einem Radikal. Somit entsteht eine Kettenreaktion die
solange andauert, bis das Radikal durch ein Antioxidans gebunden wird.Freie Radikale werden aber auch vom Körper zur Vernichtung von
Krankheitserregern, Tumorzellen,... benötigt.
Freie Radikale werden durch die normalen Stoffwechselvorgänge,
Atmung,... gebildet. Vermehrt treten sie durch psychischen Stress, Sauerstoffmangel
im Gewebe (Herzinfarkt, Schlaganfall,...), Infektionen, Zigarettenrauch,
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Antioxidantien
Definition: Sauerstoff ist das Lebenselement schlechthin. Ohne ihn gäbe
es kein
höherentwickeltes Leben auf der Erde - keine Menschen und auch nur
anaerobe (ohne
Sauerstoff lebensfähige)Tiere und Pflanzen. Muß unser Gehirn
eine Zeitlang ohne Sauerstoff
auskommen, treten nach 5 Sekunden bereits erste Funktionsstörungen
auf, nach 15 Sekunden
wird der Mensch bewußtlos, und nach 3 Minuten sind bleibende Schäden
nicht auszuschließen.
Chemisch reagiert Sauerstoff sehr leicht mit anderen Stoffen; man nennt
das Oxidation (von der
chemischen Bezeichnung Oxygenium für Sauerstoff). Handelt es sich
um Lebensmittel, wird
Energie freigesetzt, die alle Körperzellen benötigen, um am Leben
zu bleiben. Dieser positiven
Seite des Sauerstoffs steht jedoch eine negative gegenüber: Sauerstoffreaktionen
führen zur
Bildung von freien Radikalen. Antioxidantien können den Prozeß
der Radikalbildung
verlangsamen oder unterbrechen.
Autoxidation von Fetten: Fette sind organische Stoffe, die oxidieren können,
und zwar umso
leichter, je mehr Doppelbindungen in den Fettsäuren des Fettes enthalten
sind. Am Geschmack
und an der Haltbarkeit eines Fettes läßt sich der Prozeß
der Autoxidation leicht erkennen. Leinöl
z.B., das relativ viel mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit drei
Doppelbindungen enthält, oxidiert
sehr rasch (siehe Basiswort Fettverderb). Bei der Autoxidation ungesättigter
Lipide handelt es
sich um einen katalysierten Prozeß, d. h. Sauerstoff reagiert mit
den ungesättigten Fettsäuren der
Triglyceride oder anderen Lipiden. Der Prozeß läuft in drei
Phasen ab (Induktion,
Kettenwachstum bzw. Kettenverzweigung und Kettenabbruch), und zwar umso
schneller, je
mehr Doppelbindungen und Radikale im Spiel sind.
Induktion
Kettenwachstum
Kettenabbruch
R· + O2 ® ROO·
R· + R· ® stabile Produkte
ROO· + RH ® ROOH + R·
RO· + R· ® stabile Produkte
RH ® R· + H·
Kettenverzweigung
ROOH ® RO· + ·OH
RO· + RH ® R· + ROH
·OH + RH ® R· + H2O
Mechanismus der Autoxidation von Fettsäuren (R = Fettsäurerest)
Die erste Phase der Induktion wird durch Licht, Wärme, Enzyme (Lipoxygenasen)
und
Schwermetalle (z.B. Eisen, Kupfer) angeregt bzw. in Gang gehalten. Die
dabei entstehenden
freien Radikale reagieren mit Sauerstoff zu Hydroperoxylradikalen, die
weiteren Fettsäuren
Wasserstoffatome entreißen. Die so entstehenden Hydroperoxide sind
relativ instabil und können
zu verschiedenen Produkten zerfallen, die wiederum mit Fettsäuren
oder Sauerstoff
Verbindungen eingehen, die erneut Radikalketten entstehen lassen. Fettsäurehydroperoxide
sind
geruch- und geschmacklos. Aus ihnen entstehen jedoch aromaintensive Abbaustoffe
(z. B.
gesättigte und ungesättigte Carbonyle, Alkohole, Hydroxysäuren).
Fetthaltige Lebensmittel sind anfällig für die Lipidperoxidation
, die eine Reihe von ungünstigen
Auswirkungen hat: Der Nährwert sinkt (Verlust an Vitaminen und essentiellen
Fettsäuren ),
Farbe, Struktur und Aroma verändern sich und die Gesundheit ist durch
den Verzehr derart
veränderter Fette in Gefahr. Vakuumverpackung und kühle Lagerung
sind geeignete
physikalische Methoden, um dem Fettverderb in bestimmten Lebensmitteln
vorzubeugen, können
den Prozeß der Autoxidation jedoch niemals stoppen.
Wirkmechanismus: Weiter hinauszögern läßt er sich durch
den Zusatz von Antioxidantien. Sie
greifen an zwei Stellen in die Reaktionskette der Autoxidation ein: Entweder
verhindern sie die
Kettenreaktion durch Abfangen der Peroxylradikale oder sie unterbrechen
die Autoxidation
durch Abfangen von Alkoxylradikalen. Wie dieser chemische Prozeß
stufenweise abläuft, zeigt
Abb. 2. Das Antioxidans (AH) greift in die Autoxidation der Lipide als
schneller H-Donator
(Wasserstoffgeber) für die Peroxyl- und Alkoxylradikale ein (Reaktion
1+2). Nach Ablauf der 5.
Reaktion kann das Antioxidansradikal (A-A) noch ein weiteres Radikal inaktivieren,
bevor es
selbst inaktiv wird.
LOO· + AH ® LOOH +A·
(1)
LO· + AH ® LOH + A·
(2)
LOO· + A· ® LOOA
(3)
LO· + A· ® LOA
(4)
A· + A· ® A-A
(5)
Vitamin E : Für das Unterbrechen der autoxidativen Kettenreaktion
gilt Vitamin E als wichtigstes
Antioxidans (siehe auch Basiswort Vitamin E ). Es schützt vor allem
mehrfach ungesättigte
Fettsäuren in den Zellmembranen gegen den Angriff freier Radikale,
indem es die Kettenreaktion
der Lipidperoxidation unterbricht bzw. hinauszögert. Radikale entstehen
z. B. beim Rauchen,
durch Streß oder verschiedene Umwelteinflüsse, Infektionen oder
intensive Sonnenbestrahlung
und können außer Zellmembranen auch Enzyme und Eiweißbausteine
zerstören. Die Wirksamkeit
von Vitamin E (Tocopherole) ist von seiner Herkunft abhängig. Pflanzen
speichern in ihren Samen
und Keimen Energie in Form von Fett, das vor allem durch g - und d -Tocopherol
vor dem
Verderb geschützt wird. Am biologisch wirksamsten im menschlichen
Organismus ist das
ebenfalls in Pflanzenöl und den aus ihm hergestellten Produkten (Pflanzenmargarine)
enthaltene
RRR-a-Tocopherol bzw. d-a -Tocopherol. Diese Vitamin E-Form kann oxidative
Prozesse
effektiver verhindern als synthetisch hergestelltes Vitamin E (all-rac-a
-Tocopherol).
Bedarf: Epidemiologische Studien belegen, daß Antioxidantien davor
schützen können, an Herz
und Kreislauf zu erkranken. Enthält die Nahrung diese Substanzen nur
in geringer Menge, treten
zwar keine Mangelsymptome auf, aber das Erkrankungsrisiko steigt. Ferner
hat sich
herausgestellt, daß der Verzehr von reichlich Obst und Gemüse
einen besseren antioxidativen
Schutz gewährleistet als Vitaminpräparate. Die Deutsche Gesellschaft
für Ernährung (DGE)
empfiehlt für gesunde Erwachsene pro Tag: Etwa 12-30 mg Vitamin E
(a -Tocopherol)
basierend auf der durchschnittlichen Aufnahme an mehrfach ungesättigten
Fettsäuren (0,6 mg
Linolsäure).
Bedeutung von Vitaminen und Mineralien im Sport
Die sportliche Aktivittat wird im wesentlichen durch zwei
Komponenten geprägt: die Sauerstoffverwertung und den Abbau von Schlackensto
en. Beide sind abhängig vom Trainingszustand,aber auch von der
Nährstoffversorgung. Leistungssport ist immer einhergehend mit starkem
oxitativen Stress. Das bedeutet, daß während extremer sportlicher
Aktivitäten freie Radikale entstehen , die der Organismus nicht alle
unschädlich machen kann. Neben einer Übersäuerung kommt es dann zu einer
radikalischen Belastung , deren Auswirkungen sich im Ausdauersport
häufig durch die folgenden Symptome äußert:
verstärktes Schmerzempfinden
Neigung zu Infekten
allergische Reaktionen
entzündlichen Reaktionen von Gewebe, Gelenkkapseln und Bändern
erhöhte Verletzungsanfälligkeit der Muskeln
Bei intensivem Training steigt der Sauerstoffverbrauch der Muskelfasern bis auf das 100- bis 200-fache des Normwertes an , dies führt zu einem
enormen Anstieg von freien Radikalen. Normalerweise sind die Muskeln gegen diesen
oxitativen Stress gewappnet, sind allerdings aufgrund von intensiven
Trainingseinheiten die Muskelglykogenvorräte (Kohlenhydratspeicher der Muskulatur) erschöpft
, werden die Muskeln besonders anfällig. Durch eine gute Versorgung mit Vitaminen und Mineralstoffen, den sogenannten Radikalfängern
, wird verhindert , daß die
freien Radikale die
Oberhand gewinnen.
Auf diese Weise kann der oxitative Stress im Körper stark
reduziert und somit Verletzungen vorgebeugt werden.