Handbuch Anti-Aging und Prävention

Was sind Radikale?

Freie Radikale ist der Oberbegriff für ganz verschiedene Atome oder Moleküle mit einer unbalancierten Zahl von Elektronen auf ihrer äußeren Hülle. Genau genommen entstehen sie nicht nur unmittelbar bei der Sauerstoffatmung, sondern auch bei einigen anderen Stoffwechselvorgängen (wie Prostaglandinsynthese, Phagozytose, ionisierende Strahlung und andere mehr).

Radikale sind instabile Verbindungen und äußerst reaktionsfreudig. Sie haben den aggressiven Drang, mit umliegenden Molekülen zu reagieren und ihnen Elektronen zu entreißen. Die Folge dieser Attacken sind Funktionseinbußen etwa bei Steuerproteinen, welche die Stoffwechselvorgänge regulieren. Besonders gefährlich sind Attacken gegen die empfindlichen fetthaltigen Membranen innerhalb der Körperzellen.

Durch den Kontakt mit Radikalen werden viele vorher harmlose Verbindungen selbst zu Radikalen, sodass verheerende Kettenreaktionen möglich sind.

Unser erster Atemzug

Unmittelbar nach unserer Geburt, wenn wir mit dem ersten Atemzug Sauerstoff aufnehmen, wird schlagartig überall im Körper ein besonderes Schutzenzym aktiviert. Dieses Superoxid-Dismutase-Enzym (SOD) kann die gerade erwähnten Sauerstoffradikale abfangen und in Wasserstoffperoxid (H₂O₂) umwandeln. Wasserstoffperoxid ist Ihnen vielleicht als Haarbleichmittel bekannt. Oder als Desinfektionsmittel: Beim Auftragen von Wasserstoffperoxid auf eine Wunde entsteht atomarer Sauerstoff. Bei Bakterien, die keine Schutzenzyme besitzen, löst der Kontakt mit Sauerstoff einen tödlichen oxidativen Stress aus.

Das körpereigene Enzym Superoxid-Dismutase (SOD) entschärft die bei der Atmung entstehenden Sauerstoffradikale (O₂^–) unter Bildung von Wasserstoffperoxid und Sauerstoff.

Ein schmaler Grat zwischen längerem Leben und beschleunigtem Altern

Je mehr von dem Enzym SOD vorhanden ist, desto stärker können Sauerstoffradikale neutralisiert und damit Schäden verhindert werden. Interessant ist, dass bei den Lebewesen, die auf der Erde die längste Lebensspanne besitzen, die höchste Aktivität von SOD gefunden wurde.

Bedeutet also allein eine gute Abwehr von Sauerstoffradikalen ein längeres Leben? Ja. Für einfache Tiere wie etwa Stubenfliegen ist das so. Ansonsten ist der Zusammenhang nicht so einfach. SOD ist in verschiedenen Organen unterschiedlich aktiv, und nicht alle Lebewesen passen in dieses Schema. Allein aus der Beobachtung dieses ersten Schutzwalls lässt sich noch kein stimmiges Bild über Radikale und Alterung zusammensetzen.

Ein aktives SOD-Enzym allein garantiert für komplexere Organismen noch keinen Schutz vor der Alterung. Ein Übermaß kann sogar ungünstig sein. Ein tragisches Beispiel ist das Downsyndrom (Fachbegriff: Trisomie 21). Menschen mit Downsyndrom haben besonders viel SOD. Doch sie sind nicht weniger, sondern mehr oxidativem Stress ausgesetzt und zeigen Anzeichen einer beschleunigten Alterung. Auf den ersten Blick eine paradoxe Sache.

Die Tragik beim Downsyndrom

Menschen, die mit Downsyndrom (DS) zur Welt kommen, haben ein zusätzliches Chromosom 21. Äußere Anzeichen dieser genetischen Besonderheit sind die typischen schräg stehenden Augen, runder Kopf und gedrungene Statur. Die Intelligenzentwicklung ist eingeschränkt.

Für die Ausprägung des Krankheitsbilds spielt eine wesentliche Rolle, dass die wichtigste SOD-Unterart auf dem Chromosom 21 kodiert ist. Weil Menschen mit Downsyndrom nun gerade dieses Gen doppelt haben, ist bei ihnen die Enzymaktivität von SOD um 50 Prozent erhöht.

Nun ist das Enzym Superoxid-Dismutase (SOD) ja ein nützlicher Radikalfänger. Es macht aus den gefährlichen Sauerstoffradikalen das weniger schädliche Wasserstoffperoxid, das der Körper dann weiter abbauen kann. Doch Radikalabwehr funktioniert nur als Gemeinschaftsarbeit. Damit Wasserstoffperoxid nicht selbst schädlich für die Zellen wird, muss es sofort weiter abgebaut werden, andernfalls fördert es seinerseits die Radikalbildung.

Beim Downsyndrom können die Helfer von SOD nicht mit dessen Übereifer Schritt halten. Die Folge ist eine traurige Ironie. Weil der übrige Stoffwechsel nicht der Aktivität des Radikalfängerenzyms gewachsen ist, entstehen unterm Strich noch mehr Radikale.

Deutliche Anzeichen offenbaren, dass beim Downsyndrom der oxidative Stress der Zellen eine wichtige Rolle bei der Krankheitsausprägung und der Gesamtalterung spielt. Durch die beschleunigten Alterungsvorgänge ist die Lebenserwartung entsprechend stark eingeschränkt.

Etwa jeder vierte DS-Patient entwickelt im späteren Leben die Alzheimer-Krankheit. Es wird sogar vermutet, dass alle Betroffenen Alzheimer entwickeln würden, wenn sie nicht vorher an anderen Alterskrankheiten sterben würden. Auch bei der Alzheimer-Erkrankung ist das Chromosom 21 verändert. Und auch für diese Alterskrankheit häufen sich die Befunde über oxidative Schäden, die für die pathologischen Veränderungen im Gehirn wesentlich mitverantwortlich sind.

Für das Bekämpfen von oxidativem Stress und Radikalen ist also das Zusammenspiel mehrerer Mechanismen unerlässlich. Die körpereigenen Schutzenzyme müssen perfekt abgestimmt Hand in Hand arbeiten. Das tun sie auch recht erfolgreich – zumindest, solange wir jung und gesund sind.

Beim alltäglichen oxidativem Stress, ausgelöst durch körperliche oder geistige Belastung oder die Nahrungsverwertung, bleiben wir nur deshalb von größeren Schäden verschont, weil unter anderem die Enzyme SOD und Katalase aufeinander abgestimmt ihre Aktivität erhöhen. Eine solche Anpassung braucht eine gewisse Zeit, und deshalb können ungewohnte und sprunghafte Belastungen die körpereigene Radikalabwehr überfordern.

Leider nimmt nun die Anpassungsfähigkeit unserer Schutzenzyme mit dem Alter ab. Die Vermeidung von starkem oxidativem Stress und eine gezielte Unterstützung der Schutzsysteme wird deshalb mit jedem Lebensjahrzehnt wichtiger. Denn: Radikale bestimmen unseren Alltag ständig und allgegenwärtig. Das reicht vom Verderben von Nahrungsmitteln, über nahezu alle Alterskrankheiten bis zur Hautalterung.

Warum Salami so schnell ranzig wird

Radikale entwickeln ihre zerstörerische Aktivität nicht nur innerhalb des Organismus. Es gibt sie überall in der Nahrung. So neigen bestimmte Wurstsorten wie die Salami sehr stark zum Verderben. Genauer gesagt, sie werden ranzig. Und das ist keineswegs nur ein geschmackliches Problem. Grund für das Ranzigwerden sind Radikale, die immer mehr Teile des Lebensmittels selbst aggressiv machen. Beim Verzehr nimmt man dann regelrecht ein trojanisches Pferd zu sich, aus dem heraus reaktionshungrige Radikale den Organismus überfallen. Nun hält sich aber Schinken, der grundsätzlich aus den gleichen Zutaten wie Salami besteht, nämlich mageres Schweinefleisch und Speck, deutlich länger. Woher kommt das?

Solange die Hauptzutaten Fleisch und Speck getrennt sind, passiert relativ wenig. Das ändert sich aber schlagartig, wenn alles durch den Fleischwolf gedreht wird. Die Zellmembranen im Fleisch werden zerstört, und Metalle, die in den Zellen und im Restblut des Fleisches vorhanden waren, werden mit den Fetten des Specks vermischt. In Verbindung mit Luft und Licht werden jetzt vor allem die mehrfach ungesättigten Fettsäuren (MUF) des Specks zum Ziel beschleunigter Oxidation.

Schweinefett besteht entgegen einer verbreiteten Vorstellung keineswegs nur aus gesättigten Fetten, die ja relativ stabil gegenüber Oxidation sind. Der Anteil an empfindlichen mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist mit über 11 Prozent sogar höher als etwa beim Olivenöl. In kürzester Zeit entstehen so Lipidperoxide, die den ranzigen Geschmack verursachen. Schlimmer ist allerdings, dass konsumierte ranzige Fette auch in unserem Körper weitere Kettenreaktionen schädlicher Radikale auslösen. Bevorzugte Ziele sind auch dort ungesättigte Fette, die unter anderem für die Funktion der Zellmembranen notwendig sind.

Einen gewissen Schutz vor dem Ranzigwerden von Lebensmitteln bietet in der Regel eine luftdichte Hülle. Außerdem werden heute Antioxidantien zugesetzt, zum Beispiel speziell fettlösliches Vitamin C (Ascorbylpalmitat) oder synthetische Schutzstoffe. Die richtigen Zusätze können schädliche Prozesse erheblich verzögern, jedenfalls so lange alles verpackt bleibt. Unmittelbar nach dem Öffnen einer Verpackung oder dem Anschneiden beschleunigt sich aber der Oxidationsprozess. Die relativ geringe Menge der zugesetzten Antioxidantien kann dem jetzt verstärkten Einfluss von Licht, Luft und Wärme nicht widerstehen.

Bei angeschnittener Salami ist die schädliche Oxidation schon nach Stunden zu riechen. Oxidiert und damit aggressiv ist das Lebensmittel aber schon früher. Zumindest den Anschnitt sollte man deshalb grundsätzlich wegwerfen. Außerdem ist es eine gute Strategie, beim Einkauf von empfindlichen Lebensmitteln nicht diejenigen zu kaufen, die die wenigsten Antioxidantien enthalten, sondern die mit den meisten! Nicht nur die Lebensmittel selbst, auch der Konsument wird nämlich durch Antioxidantien besser vor Alterungsprozessen geschützt.

Was Parkinson und Grippe gemeinsam haben

Man kann sich leicht vorstellen, dass jede Störung der komplexen Schutzmechanismen zu ernsten Schäden führen kann. Erniedrigte Aktivitäten des ersten Radikalfängers SOD spielen bei verschiedenen Krankheiten eine Rolle. Parkinson oder Gehirnschäden nach Schlaganfall gehören beispielsweise dazu.

Auch eine Reihe von Viren wie das Grippevirus verursachen einige ihrer schädlichen Wirkungen durch die verstärkte Freisetzung von O₂^–-Radikalen. Tiere, die man mit einer schweren Grippe infizierte, überstanden die Krankheit wesentlich besser und schneller, wenn man die Aktivität von SOD zusätzlich unterstützte. In einigen Ländern wird reines SOD deshalb inzwischen auch für den Menschen als Nahrungsergänzung angeboten.

Radikale lassen rote Blutkörperchen und Blutgefäße altern

Innerhalb der roten Blutkörperchen ist das Risiko gefährlicher Radikalbildung besonders hoch, da das sauerstofftragende Hämoglobin einen Eisenkern besitzt; ein Umfeld also, in dem jederzeit die Gefahr der Bildung von Hydroxyl-Radikalen (HO*) besteht (s. o.). Um beispielsweise im Gehirn durch kleinste Kapillargefäße zu gelangen, müssen Blutkörperchen verformbar sein. Hydroxyl-Radikale können neben anderen Dingen diese Flexibilität der Blutkörperchen mit einem Schlag zerstören, und zwar sowohl auf direktem als auch indirektem Weg. (Anmerkung: Bei der durch Radikale verursachten Lipidperoxidation entsteht im weiteren Stoffwechsel Malondialdehyd. Diese Substanz greift ihrerseits die Membrandoppelschicht der menschlichen Erythrozyten an.)

Wenn Blutkörperchen geschädigt oder nicht mehr voll intakt sind, hat das Folgen für die Alterung des gesamten Körpers, besonders aber für Herz und Gehirn. Gerontologen waren deshalb wenig überrascht, als kürzlich eine Untersuchung ergab, dass die Blutkörperchen von 100-Jährigen überdurchschnittlich gut gegen Radikale geschützt sind.

Erst 2001 wurde geklärt, auf welchem Weg HO*-Radikale die Innenwände der Blut- und Herzgefäße in ihrer Funktion schädigen und schließlich zum Absterben bringen. Schon ein geringes Vorkommen von Hydroxyl-Radikalen führt zu erhöhtem Abstoßen von Zellen aus der Gefäßwand mit anschließendem Untergang (Apoptose). Unter erhöhtem Beschuss von HO* sterben die Gefäßzellen direkt und unmittelbar noch in der Zellwand ab (Nekrose). Nicht nur, aber besonders im Bereich der Gefäße sind Hydroxyl-Radikale die Hauptverantwortlichen für das Altern. Jeder Mechanismus, der sie aufhält, hält auch das Altern auf.

Fast zeitgleich hat eine andere Forschergruppe im renommierten Fachblatt Circulation eine Studie veröffentlicht, welche die Vorgänge bei diesem durch Radikale verursachten Zelluntergang untersucht. Ergebnis: Einer der wichtigsten Schutzfaktoren gegen die Zellzerstörung in menschlichen Gefäßen ist ein alter Bekannter – Vitamin C. Und die Schutzwirkung ist direkt von der Dosis abhängig. Im Klartext: Je mehr Vitamin C vorhanden ist, desto besser die Schutzwirkung.

Im Grunde war das allerdings nur die biochemische Bestätigung eines durch andere Studien bereits bekannten Phänomens: Ausreichend hoch dosiertes Vitamin C beeinflusst in die Gefäßalterung.

Das gefährlichste Radikal

Das körpereigene Enzym SOD entschärft die beim normalen Stoffwechsel entstehenden Sauerstoffradikale; allerdings auf Kosten der Bildung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂). In geringer Menge und für sich allein ist Wasserstoffperoxid relativ ungefährlich. Das aber ändert sich dramatisch, wenn es auf bestimmte Metalle trifft wie zum Beispiel Eisen. Dann entsteht ein Radikal, dessen Gefährlichkeit die Familie der Sauerstoffradikale Weitem übersteigt: das Hydroxyl-Radikal HO*. (Anmerkung: Die Einzigartigkeit von HO* resultiert aus einer Kombination seiner hohen elektrophilen und thermochemischen Reaktionsfreudigkeit, gepaart mit der Besonderheit, dass es in unmittelbarer Nähe der Zelldatenbank [DNA] entstehen kann. HO* kann sich an die DNA anlagern oder aber Wasserstoffatome aus deren Struktur entreißen.) Den für die Alterung dramatischsten Einfluss haben Hydroxyl-Radikale direkt in der Schaltzentrale der Körperzellen, dem Zellkern.

Beim Zusammentreffen von Wasserstoffperoxid mit Eisen entstehen ein Hydroxid-Ion und das höchst aggressive Radikal HO*

Von Falten bis Mutationen – das zerstörerische Wirken der Hydroxyl-Radikale

Hydroxyl-Radikale (HO*) sind extrem reaktionshungrig und können weitreichende Schäden anrichten. Ihre besondere Gefährlichkeit rührt, wie gesagt, von dem Umstand her, dass sie in unmittelbarer Nähe der DNA entstehen können und dann blitzschnell Bausteine aus dem DNA-Strang entreißen. Bis heute wurden 20 verschiedene Reaktionsprodukte gefunden, die aus der Attacke eines Hydroxyl-Radikals mit der DNA resultieren. Die Zahl macht deutlich, wie verschiedenartig und vielfältig die tödliche Streuwirkung dieses Radikals sein kann.

In fast allen organischen Molekülen können Radikale außerdem sogenannte Kreuzbindungen erzeugen, wodurch zum Beispiel Transportproteine ihre Aufgaben nicht mehr erfüllen können. Der Organismus wird in seiner Anpassungsfähigkeit zunehmend schwerfälliger und fehlerhafter. Eine vergleichsweise harmlose Folge der durch Radikale erzeugten Kreuzbindungen ist übrigens eine Erscheinung, die wie kaum eine andere typisch für das Altern ist: Falten.

Körpereigene Abwehrenzyme – die erste Verteidigungslinie
Ein fast unschlagbares Team

Über den ersten Abwehrwall gegen Radikale, das körpereigene Enzym SOD, haben wir bereits gesprochen. Seine Schutzleistung wird zunichtegemacht, wenn das von ihm gebildete Wasserstoffperoxid nicht schnell beseitigt wird. Auch dazu fungieren im Körper Enzyme. Die Namen mögen zunächst kompliziert erscheinen. Wir werden ihnen aber auch an anderer Stelle noch begegnen:

Unter Normalbedingungen entschärft die Glutathion-Peroxidase (GPOX) die Situation. Unterstützt wird sie dabei von Glutathion (GSH). Das ist eigentlich kein Enzym, aber ein erstaunlicher Helfer in unserem Organismus. Glutathion lässt sich auch als Nahrungsergänzung zuführen oder auf indirektem Weg optimieren (s. u.).

Das nur bei hoch entwickelten Lebewesen vorkommende Enzym GPOX hat einen Kern aus Selen. Es braucht dieses Spurenelement, um zu funktionieren. Über den Mikronährstoff Selen gibt es später noch Interessantes zu berichten.

Zusammen mit seinem Helfer Glutathion (GSH) entschärft die Glutathion-Peroxidase das entstandene H₂O₂ (und andere Hydroperoxide) unter Bildung von Wasser.

Das Enzym Katalase

Bei plötzlichem und unerwartetem oxidativen Stress mit extremem Anstieg von Wasserstoffperoxid können die bereits genannten Abwehrenzyme nicht jedes H₂O₂-Molekül einfangen. Ein großer Teil kann in andere Zellbereiche entweichen und dort zur Gefahr werden. Doch an bestimmten strategischen Orten innerhalb der Zelle werden die Ausreißer von der Katalase erwartet. Das Enzym zersetzt das Wasserstoffperoxid in harmloses Wasser und Sauerstoff:

Katalase entsorgt Wasserstoffperoxid unter Bildung von Wasser und Sauerstoff.
Lipidperoxidation: Wenn Fette gefährlich werden

Mit die schlimmsten Schäden verursacht das Hydroxyl-Radikal (HO*), weil es eine besondere Vorliebe hat. Es mag Fett. Genauer gesagt, es sucht sich Fette, die in ihrer Struktur offen und damit verwundbar sind: ungesättigte Fette. Und solche Ziele gibt es innerhalb der Zellen in Form der verschiedenen fetthaltigen Membranen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle lebenswichtig sind.

Schäden an den feinen Membranen innerhalb der menschlichen Zellen führen nun dazu, dass die Zellkraftwerke nicht mehr effizient arbeiten können. Während des normalen Energiestoffwechsels werden mit zunehmender Schädigung immer weniger Energie und gleichzeitig mehr Superoxid-Radikale (O^–) produziert (ein Zustand, der übrigens genau den Unterschied von Jugend zum Alter widerspiegelt. Im Alter produzieren unsere Zellen aufgrund der angehäuften Dauerschäden mehr Superoxid-Radikale trotz nachlassender Energieproduktion). Damit schließt sich der Bogen und wir sind wieder am Anfang unserer Reise durch die Welt der Radikale, nämlich bei den Superoxid-Radikalen, deren erneut gesteigerte Vermehrung wiederum eine Kaskade anstößt. Ein wahrer Teufelskreis. Doch damit nicht genug.

Von Radikalen attackierte oder oxidierte Fette werden jetzt selbst zu einer Art Radikal und greifen dann ihrerseits andere Strukturen an. Der gesamte Prozess der Lipidperoxidation und seine Abwehr sind sehr komplex. Die meisten chemischen Reaktionen brauchen uns nicht zu interessieren. Doch ein Abwehrteam, das auch gegen oxidierte Fette hilfreich ist, kennen wir bereits. Es ist das Enzym Glutathion-Peroxidase (GPOX) und sein Helfer Glutathion (GSH). Die beiden Schutzstoffe versuchen auch im Fall der aggressiven Lipidperoxide, das Schlimmste zu verhindern.

Mit Unterstützung von Glutathion GSH kann die selenhaltige Glutathion-Peroxidase einen Teil der gefährlichen Peroxide entschärfen.

Der Arm der schädlichen oxidierten Fette reicht weit

Oxidierte Fette beziehungsweise Lipidperoxide greifen nicht nur umliegende Zellbereiche an. Über die Blutbahn lassen sie sich in andere Körperbereiche transportieren, um dort schädliche Oxidationen und die Radikalbildung neu zu entfachen. Das Ausmaß solcher Kettenreaktionen ist kaum vorstellbar. Ein einziges freies Radikal kann der Ausgangspunkt für Zerstörungen an einigen Tausend Molekülen ungesättigter Fettsäuren in unserem Körper sein.

Ziele im Blut

Radikale und Peroxide warten nicht, bis sie in andere Körperregionen gelangt sind, um dort ihr schädliches Werk zu verrichten. Bereits auf ihrem Transport über die Blutbahn suchen sie sich Opfer.

● Erythrozyten. Eines der gefährdetsten Ziele im Blut selbst sind die roten Blutkörperchen. Sie verlieren beim Kontakt mit Radikalen unter anderem ihre Flexibilität. Der dadurch verschlechterte Blutfluss führt dann wiederum zu verstärkter Radikalbildung in den zu versorgenden Organen. Das Problem dabei ist, wie schon mehrfach gesagt, nicht die reduzierte Sauerstoffzufuhr, sondern der verlangsamte Blutdurchfluss in den feinen Gefäßen. Dadurch verlangsamt sich der wichtige Abtransport von Stoffwechselprodukten aus den Zellen in das Blut.

● Cholesterin. Ein anderes beliebtes Ziel sind im Blut schwimmende Fettkügelchen: das Cholesterin. Beim Kontakt mit Radikalen oder Peroxiden wird das sogenannte LDL-Cholesterin oxidiert. Erst jetzt wird es wirklich „schlechtes Cholesterin“, das dann die Arteriosklerose fördert; oxidiertes LDL (oxLDL) wird von den für den Abbau verantwortlichen Rezeptoren nicht erkannt. Zusätzlich sorgt die Oxidation für eine verstärkte Ablagerung von LDL in der Gefäßwand.

Möglicherweise fungiert Cholesterin sogar als eine Art Puffer, der uns vor allzu viel im Blut kreisenden Radikalen schützt. Denn eine starke Belastung mit oxidierten Fetten und Radikalen erhöht das Krebsrisiko. Und bei Menschen mit sehr niedrigem Cholesterinspiegel sind Krebserkrankungen in der Tat besonders häufig. Umgekehrt wurde in einigen Studien ein Zusammenhang zwischen einer guten antioxidativen Abwehr des Körpers und einem verringerten Auftreten von Krebs beobachtet. Gleichzeitig bewirkt eine vermehrte Zufuhr von Tocopherolen, Vitamin C und anderen Antioxidantien bei vielen Menschen eine Senkung vor allem des atherogenen oxLDL. (Klassische Lipidsenker vom Typ der Statine blockieren dagegen völlig unspezifisch jegliches LDL.)

„Das Leben ist eine ununterbrochene Schlacht gegen das Ranzigwerden.”

GARY G. DUTHIE [Rowett Research Institute, Aberdeen]