Antioxidantien

Kurzbeschreibung

Antioxidantien sind biochemische Verbindungen, welche zum einen endogen (vom menschlichen Körper selbst herstellbar) und zum anderen exogen (von außen zuzuführen, nicht vom menschlichen Körper selbst herstellbar) vorliegen. Sie wirken in  Lebewesen hauptsächlich als “Radikalfänger” und inaktivieren reaktive Sauerstoffspezies (ROS), welche im Übermaß zu oxidativem Stress führen.

Die Verhinderung oder Verlangsamung von Oxidationsprozessen durch Antioxidantien erfolgt, indem sie sauerstoffhaltigen Molekülen, welchen ein Elektron in der chemischen Struktur fehlt,  ein überschüssiges Elektron abgeben. Somit wird verhindert, dass sich das “unvollständige Molekül” unkontrolliert als “freies Radikal/ROS” auf Elektronensuche macht und dabei einem anderen vollständigen Molekül eines entreißt, welches anschließend wiederum selbst zum “unvollständigen Molekül” werden würde usw. Eine solch ungebremste Kettenreaktion mündet in oxidativen Stress für den Körper und gilt als mitverantwortlich für den Alterungsprozess sowie bei der Entstehung zahlreicher Erkrankungen wie z.B.: Arteriosklerose, Krebs, Immunschwäche, Diabetes mellitus Typ II und Alzheimer.

Freie Radikale entstehen im Körper natürlicherweise u.a. als Abfallprodukte beim Glukoseabbau mittels Sauerstoff zur Energiegewinnung oder auch bei sportlichen Aktivitäten. Des Weiteren wird ihre Entstehung durch die Zufuhr von z.B. Zigarettenrauch, Luftschadstoffe, UV- und Röntgenstrahlen und manchen Medikamenten ausgelöst. In physiologischen, sprich dem Körper zuträglichen ggf. notwendigen Mengen,  regen freie Radikale den Körper an, besser mit oxidativen Belastungen umzugehen und somit die Stressabwehrkapazität zu steigern. Unser Körper besitzt dazu zahlreiche Entgiftungsmechanismen, welche dabei ständig trainiert werden. Werden diese oxidativen Schutzsysteme allerdings überlastet bzw. ist deren Funktion eingeschränkt wird eine zusätzliche Zufuhr von Antioxidantien, um negative gesundheitliche Konsequenzen auszuschließen, unumgänglich.

• endogene Antioxidantien
  • Glutathion, Harnsäure, Melatonin
  • Enzyme (z.B. Glutathionperoxidase, Superoxiddismutase, Katalase)
  • Proteine (Transferrin, Albumin, Coeruloplasmin, Hämopexin, Haptoglobin)
  • vitaminähnliche Substanzen ( Coenzym Q10, Alpha-Liponsäure)

• exogene Antioxidantien
  • Vitamine (Vitamin C, E, A und Beta-Karotin)
  • sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe (Carotinoide, Polyphenole, Catechine)

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Physiologische Wirkungen im Überblick

Um die physiologische Wirkung von Antioxidantien zu beschreiben, ist vorab die Erklärung der Auswirkungen von freien Radikale im menschlichen Körper notwendig. Antioxidantien müssen unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen, damit sie oxidative Prozesse in den verschiedenen Bereichen außerhalb und innerhalb der Zellen entsprechend beeinflussen können. Dabei werden fettlösliche und wasserlösliche Antioxidantien unterschieden. Fettlösliche Antioxidantien wie z.B. Vitamin E, können die schädliche Wirkung von freien Radikalen überall da im Körper abwehren, wo mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind, wie z.B. in den Zellmembranen, Nervenzellen, Arterien sowie im Blut, Thymus und Auge. Sie haben eine immunstärkende und entzündungshemmende Wirkung. Wasserlösliche Antioxidantien entfalten ihre Wirkung in wässrigen Gewebeflüssigkeiten und regenerieren wie im Fall von z.B. Vitamin C verbrauchte fettlösliche Antioxidantien wie z.B. das Vitamin-E-Radikal. Sie sorgen für eine Verstärkung der antioxidativen Wirkung.

Freie Radikale außerhalb der Zellen (d.h. im Extrazellularraum) kommen z.B. in Form von oxidierten LDL (Low Density Lipoprotein) Partikeln vor. Diese so veränderten Partikel werden von den Zellen abgestoßen bzw. nicht mehr erkannt und die weitere natürliche Verarbeitung des LDLs kommt ins Stocken. Oxidiertes LDL verbleibt vermehrt im Blutkreislauf, was sich diagnostisch in einem erhöhten LDL-Serumwert abzeichnet. Unerwünschten Wirkungen wie die Herabsetzung der Gefäßwandelastizität, was wiederum Bluthockdruck verursachen kann, sind die Folge. Zudem kann es zu Ablagerungen des LDLs an den Gefäßwänden (auch Plaques) kommen, was in weiterer Konsequenz zu Arteriosklerose und Herz-Kreislauferkrankungen führt.

• Werden die oxidierten LDL Partikel durch Antioxidantien regeneriert bzw. die Oxidierung des LDLs bereits vorab durch einen hohen Antioxidantiengehalt des LDL-Partikels vorgebeugt, können diese wieder in das Zellinnere aufgenommen werden wo Cholesterin frei gesetzt und zur weiteren Verarbeitung benötigt wird. Der LDL-Serumwert wird dadurch  reguliert, was das Risiko für Bluthochdruck, Arteriosklerose und Herz-Kreislauferkrankungen deutlich reduziert.

An der Zellwand greifen ROS die in der Zellmembran eingebauten mehrfach ungesättigten Fettsäuren an, eine Kettenreaktion wird verursacht (s. Kurzbeschreibung) und die Membranstruktur verändert sich. Es kann bis zu Veränderungen von in der Zellmembran eingebauten Proteinen kommen, was dazu führt, dass weitere aus Proteinen bestehende Zellrezeptoren wie z.B. der Insulinrezeptor seine Ladung verändert, Insulin unwirksam wird und Zucker nicht mehr in die Zelle aufgenommen werden kann, woraus sich in weiterer Konsequenz eine Insulinresistenz entwickelt.

• Antioxidantien, vor allem Tocopherole (Vitamin E) bewirken in der Zellmembran durch den Abbruch der Kettenreaktion eine Begrenzung der Oxidation ungesättigter Fettsäuren (3). So bleibt u.a. die Funktion des Insulinrezeptors erhalten,  was der Manifestation einer Insulinresistenz sowie einem Diabetes mellitus Typ II entgegenwirkt bzw. vorbeugt. Tocopherole sind auch für die fehlerfreie Funktion von Zellwänden insgesamt erforderlich. 

Setzt sich die Kettenreaktion in der Zelle weiter fort, kann dies bis zum Zellkern gehen. Wird der Zellkern von freien Radikalen angegriffen, verändert sich unsere Erbsubstanz/DNA was u.a. Auswirkungen auf die Zellteilung und somit eine krebserregende Wirkung zur Folge haben kann.

• Wird auch hier die Kettenreaktion durch Antioxidantien vermieden bzw. unterbrochen, bleibt die Funktion der Erbsubstanz intakt und die Zellteilung bleibt innerhalb des natürlichen Ausmaßes. 
• Beispielsweise kann durch Vitamin E die Funktion des Enzyms Proteinkinase C, welches zu schnellem Zellwachstum führt, gehemmt werden, was u.a. den antikanzerogenen (krebsverhindernden) Effekt von Tocopherolen  erklären könnte (3).

Antioxidantien können auch “verbrauchte” Antioxidantien wieder regenerieren. Das Antioxidants Vitamin C beispielsweise hat seine Hauptaufgabe in der Regeneration des Vitamin-E-Radikals. Durch die Abgabe eines Elektrons wird Vitamin E selbst zum Radikal und muss vor seinem erneuten Einsatz wieder mit einem Elektron aufgefüllt werden. Vitamin C stellt dabei ebenso wie die Alpha-Liponsäure und das Coenzym Q10 (auch Ubichinon) das Bindeglied im Vitamin-E-Regenerationsprozess dar (3).

Bei der lichtbedingten Hautalterung durch übermäßige und schockartige Sonnenexposition wird die Bildung von ROS durch die im Sonnenlicht enthaltene UV-Strahlung in den unterschiedlichen Hautschichten angeregt. ROS schädigen dort durch die oben beschriebenen Prozesse Lipide (= Fette und fettähnliche Substanzen), Proteine und DNA-Bausteine. Die Haut verliert an Elastizität, wird trockener, die Faltenbildung wird begünstigt die Hautzellen können entarten was die Entstehung von Hautkrebs begünstigt (6). Moderates und an dem Hauttypen angepasstes Besonnen, welches gleichzeitig zur Vitamin-D-Synthese auf der Haut führt, reduziert allerdings das Risiko maligne Melanome zu manifestieren. Verhindert wird eine Vitamin-D-Produktion auf der Haut durch reine UV-B-Blocker in Sonnenschutzmittel, die es zu vermeiden gilt. Ferner ist es wichtig, dass die Haut an die Sonne gewöhnt und Sonnenbrände vermieden werden.

• Die wichtigsten Antioxidantien, welche vor UV-Schäden in der Haut schützen sind Vitamin C und E sowie Glutathion, Thioredoxin und Liponsäure. Die Schutzwirkung vor lichtbedingter Hautalterung von speziell mit Antioxidantien angereicherten Hautcremes  basiert darauf (6).

Allgemein unterbinden Antioxidantien durch ROS verursachte Kettenreaktionen und verhindern somit deren unerwünschten Auswirkungen. Sie dienen als Schutzschild für Lipide, Proteine und DNA-Bausteine vor oxidativem Stress in und an Zellen sowie außerhalb der Zellen, damit diese ihre physiologische Arbeit ungestört verrichten können, der Körper gesund bleibt und vor vorzeitiger Hautalterung geschützt ist. Möglicherweise können sie auch bereits vorhandene Schäden wieder rückgängig machen (6).

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Kofaktoren

Damit die Funktion antioxidativer Enzyme gewährleistet ist, müssen folgende Spurenelemente ausreichend vorhanden sein:

• Selen
• Zink
• Eisen (Vorsicht: in zu hoher Konzentration prooxidativ)
• Mangan
• Kupfer

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Therapeutische und präventive Einsatzgebiete

Schutz vor vorzeitiger Hautalterung/generelle Alterung

Die Schutzwirkung von Antioxidantien vor lichtbedingter vorzeitiger Hautalterung durch eine topische (lokale Aufbringung von außen) Anwendung konnte vielseitig belegt werden. Für eine Schutzwirkung durch aufgenommene Antioxidantien gibt es erste Hinweise (6).

Schützen das Sehvermögen = Fördern die Augengesundheit

In einer Pilotstudie konnte gezeigt werden, dass Antioxidantien z.B. in Form von Lutein Degenerationen im Auge verringern sowie die Sehschärfe verbessern können. [1]

Eine Meta-Analyse von randomisierten kontrollierten Studien (RCTs) zur Supplementierung der Antioxidantien Lutein und Zeaxanthin, kam zu dem Ergebnis, dass dies eine Strategie zur Verbesserung der Sehleistung von AMD-Patienten (AMD = altersbedingte Makuladegeneration) in Abhängigkeit der Aufnahmedosis darstellt [2].

Schutz vor Herz-Kreislauferkrankungen

Kobylecki CJ, et.al. konnten in einer Studie 2015 feststellen, dass eine hohe Aufnahme von Obst und Gemüse sowie genetisch bedingte hohe Vitamin C Konzentrationen im Plasma mit einem geringen Risiko für ischämische Herzerkrankungen und Gesamtmortalität verbunden sind [3].

Senken das Krebsrisiko

Antioxidantien stoppen, mit den unter Punkt 2 aufgeführten Wirkungen, entartete/bösartige Zellen. Der Zellzyklus kommt dabei zum Stillstand und die Zellzerstörung (Apoptose) wird angeregt. Retinsäure z.B., ein Produkt des Vitamin-A Stoffwechsels wirkt im gesunden Körper krebsvorbeugend. Liegt bereits eine Krebserkrankung vor, greift Retinsäure die Krebszellen an und blockiert deren Wachstum und löst deren Zelltod aus [4].

Schutz vor Diabetes

In einem Tiermodell konnte gezeigt werden, dass Antioxidantien einen Beitrag  zum Erhalt der Funktion von Beta-Zellen in der Bauchspeicheldrüse, die für die Insulinproduktion verantwortlich sind leisten können [5].

Schutz vor kognitiven Einbußen

Eine prospektive Kohortenstudie in den Niederlanden zeigte, dass eine Aufnahme Vitamin-E-reicher Lebensmittel, das langfristige Risiko von Demenz und dem Auftreten der Alzheimerkrankheit moderat reduziert [6].

Eine andere Interventionsstudie wies nach, dass die Kombination von Omega 3-Fetten plus Alpha-Liponsäure den kognitiven und funktionellen Rückgang bei Alzheimer über 12 Monate signifikant verlangsamte [7].

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Umsetzungstipps

Einige Ergebnisse von Interventionsstudien zur Antioxidantienaufnahme widersprechen den obigen therapeutischen und präventiven Einsatzgebieten. Meist wurden dabei einzelne Antioxidantien  in teils hohen Dosen isoliert gegeben und betrachtet. Da es sich bei der Abwehr oxidativer Angriffe im Körper um ein äußerst komplexes System handelt, wobei eine Vielzahl von antioxidativer Verbindungen zum Einsatz kommt, darf bezweifelt werden, ob die Vorgehensweise in diesen Studien überhaupt zu den erwarteten Ergebnissen hätten führen können.

Da wie in der Kurzbeschreibung erläutert, auch eine prooxidative Wirkung im Körper nützlich sein kann, wäre es wichtig vor einer Supplementation von Antioxidantien zu klären, ob ein zusätzlicher antioxidativer Schutz benötigt wird oder dieser evtl. sogar schaden könnte. Empfehlenswert wäre vorab die Bestimmung des oxidativen Status über Laborparameter wie z.B. die DNA-Oxidation im Urin und/oder die Menge an oxidiertem LDL im Blut.

Unabhängig davon ist eine antioxidantienreich Ernährung mit viel Obst und Gemüse immer empfehlenswert, da hier Antioxidantien in einer von der Natur sinnvoll aufeinander abgestimmten Kombination vorhanden sind. Konkrete Beispiele dafür wären:

Carotinoide    rote Paprika, Spinat, Karotten

Lycopin        Tomaten

Vitamin C    Paprika, Zitrusfrüchte, Brokkolie, Beeren

Vitamin E    Olivenöl, Weizenkeimöl

Polyphenole    rote Trauben, Aroniabeeren,

Catechine     grüner Tee

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Verschiedene Antioxidantien im Detail

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Studien und Quellenangaben

Artikel von: Anja Hassolt

Studien (Primärquellen):

[1] Ozawa Y, et.al. (2016) Effects of Constant Intake of Lutein-rich Spinach on Macular Pigment Optical Density: a Pilot Study. Nippon Ganka Gakkai Zasshi

[2] Liu R, et.al. (2014) Lutein and zeaxanthin supplementation and association with visual function in age-related macular degeneration https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2293887

[3] Kobylecki CJ, et.al. (2015) Genetically high plasma vitamin C, intake of fruit and vegetables, and risk of ischemic heart disease and all-cause mortality: a Mendelian randomization study https://academic.oup.com/ajcn/article/101/6/1135/4564554

[4] Chen MC, et.al. (2014) Retinoic acid and cancer treatment. Biomedicine (Taipei)

[5] Kaneto H, et.al. (1999) Beneficial effects of antioxidants in diabetes: possible protection of pancreatic beta-cells against glucose toxicity

[6] Devore EE, et.al. (2010) Dietary antioxidants and long-term risk of dementia https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2923546/

[7] Shinto L, Quinn J, Montine T, et al. A randomized placebo-controlled pilot trial of omega-3 fatty acids and alpha lipoic acid in Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis. 2014;38(1):111-20.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3886557/pdf/nihms539809.pdf

Allgemeine Quellen: (meist nicht mit Nr. im text versehen; Bsp.: Bücher, andere Portale)

1. Schmiedel, V. (2019). Nährstofftherapie: Orthomolekulare Medizin in Prävention, Diagnostik und Therapie (4. Aufl.). Thieme Georg Verlag
2. Feldhaus, S. (2020, Februar). Q10, Vitamin E, Alphaliponsäure. Vortrag im Rahmen des Online-Kongresses „Mikronährstoffe und Orthomolekularmedizin“. Akademie für menschliche Medizin
3. Hans Konrad Biesalski, Peter Grimm (2007) Taschenatlas Ernährung (4. Aufl), Stuttgart
4. Antioxidantien – Liste der besten Lebensmittel, Kräuter und Supplements. Abgerufen am 22. Juli 2021, von https://www.unser-aller-gesundheit.de/antioxidantien-liste/#Top_7_Antioxidantien_Vorteile
5. Mini Med Studium, 8 Auswirkungen von Antioxidantien. Abgerufen am 23 Juli 2021, von https://www.minimed.at/medizinische-themen/stoffwechsel-verdauung/8-wirkungen-antioxidantien/
6. Pharmazeutische Zeitung, Ausgabe 26/2004. Abgerufen am 24. Juli 2021, von https://www.pharmazeutische-zeitung.de/inhalt-26-2004/titel-26-2004/
7. Update: Oxidativer Stress bei MS und die Wirkung von Alpha-Liponsäure. Abgerufen am 23. Juli 2021, von https://lifesms.blog/2021/06/20/update-oxidativer-stress-bei-ms-und-die-wirkung-von-alpha-liponsaure/
8. Merkblatt – Fettlösliche Antioxidantien: Vitamin E und (Pro-)Vitamin A. Abgerufen am 09. September 2021, von https://lsms.info/fileadmin/user_upload/pdf/Merkblatt_Antioxidantien_VitE__Pro-_VitA__DE_Rev._1.0_2016.pdf