Freie Radikale

 

 

 

Freie Radikale werden natürlicherweise im Stoffwechsel gebildet, sie entstehen aber auch durch Umwelteinflüsse wie z.B. Rauchen, Schad­stoffe und verschiedene Strahlungsarten.
Ein Übermaß an freie Radikalen führt zur Schädigung von Bau- und Wirkstoffen, zur Schädigung von Zellstrukturen und letztlich zu chroni­schen Erkrankungen.

Chemische Grundlagen:

 

Stoffwechselprozesse im menschlichen Organismus sind komplexe bio­chemische Reaktionsabläufe. Dabei entstehen unter anderem auch hoch reaktive Moleküle, die als freie Radikale bezeichnet werden. Freie Radikale besitzen ein oder mehrere ungepaarte Elektronen und sind deshalb, chemisch gesehen, sehr aggressiv. Sie wirken oxidativ ("ver­brennend"), neigen zu Kettenreaktionen und können jede beliebige bio­logische Struktur (z. B. Aminosäuren, Zellmembranen, Erbsubstanz) angreifen, diese schädigen oder gar zerstören. Freie Radikale entreißen dem angegriffenen Atom bzw. Molekül ein Elektron und machen es dadurch selbst zu einem Freien Radikal. Freie Radikale sind also starke Oxidanzien und die durch sie vermittelten Reaktionen Oxidationen, die meist in Form einer Kettenreaktion ablaufen. Die meisten Umwelt­schad­stoffe führen nun zu einer vermehrten Bildung von freien Radikalen, in der Fachsprache als "Oxidativer Stress" bezeichnet. Allerdings ent­stehen freie Radikale auch im Stoffwechselgeschehen selbst. Pro Tag entstehen in jeder Zelle rund 10.000 freie Radikale.

Sauerstoffradikale:

 

Eine besondere Bedeutung für die Bildung freier Radikale kommt dem Sauerstoff zu. Bei zahlreichen Stoffwechselprozessen wird Sauerstoff benötigt, um Energie zu gewinnen (Oxidation). Bei allen Sauerstoff verbrauchenden Stoffwechselreaktionen entstehen zum Teil besonders aggressive Sauerstoffradikale wie z.B. Superoxidradikale oder Hydroxyl­radikale. Diese greifen Fette und Eiweiß sowie Teile der Erbsubstanz (DNA) an und oxidieren diese.

Die bedeutendsten Sauerstoffradikale sind: Superoxidanionradikal (O2°-), Perhydroxylradikal (HOO°) Wasserstoffperoxid (H2O2), Hydroxylradikal (HO°) , Aloxylradikal (RO°) Peroxylradikal (ROO°) Hydroperoxyd (ROOH)

 

Nutzen freier Radikale:

 

Freie Radikale haben auch positive Wirkungen in lebendigen Organis­men. So erzeugen verschiedene Immunzellen freie Radikale, um Krank­heitserreger (Bakterien, Viren) und auch alternde Zellen oder Tumor­zellen zu zerstören. Unter dem Einfluss einer kurzzeitigen, mäßigen Radikalenbelastung werden auch vermehrt antioxidative Enzym­systeme ausgebildet, was zu einer Stärkung der Immunabwehr führt.

 

Quellen freier Radikale:

Endogene Radikalquellen   Exogene Radikalquellen
Atmungskette Alkoholkonsum
Chronische Erkrankungen Chemische Schadstoffe
Entzündungen Lösungsmittel
Immunabwehr Luftverschmutzung
Stress Medikamente
Übermäßige körperliche Belastung Medizinische Diagnostik
Mykotoxine
Ozonbelastung
Pestizide
Rauchen
Schwermetalle



Ein bevorzugter Angriffspunkt der freien Radikale sind die Lipide (Fett­bausteine) der biologischen Membranen. Membranlipide sind aufgrund der enthaltenen Vielzahl an hoch ungesättigten Fettsäuren besonders empfindlich gegenüber Oxidationen.
Ihre Schädigung, auch Lipidperoxidation genannt – führt zu Verände­rungen beim Stoffaustausch und Transport durch die Zellmembran. Ferner kommt es zu einer Aktivierung von Enzymen, die über verschiedene We­ge letztlich zu einer fortschreitenden Zerstörung der Zelle führen.
Weitere Angriffspunkte der freie Radikale sind die Nukleinsäuren der Erbsubstanz, die durch Vernetzungen, Basenhydroxilierungen und DNA-Brüche verändert werden. Beeinträchtigt werden auch Enzyme, was einen negativen Einfluss auf den Stoffwechsel hat.
Aufgrund des hohen Sauerstoffumsatzes hoch gefährdet ist auch das Gehirn. Hinzu kommt der hohe Anteil an oxidationsempfindlichen mehr­fach ungesättigten Fettsäuren in den Membranen der Nervenzellen.

 

Krankheiten und freie Radikale:

 

Langfristig wird ein Übermaß an freien Radikalen oft nicht mehr kompen­siert und wird zum Ausgangspunkt chronischer Erkrankungen sowie von frühzeitigen Alterungsprozessen. Dies gilt vor allem für Krebs­er­krankungen und die koronare Herzkrankheit. Radikale sind vermutlich an über 90 % aller Mutationen, die zum Krebs führen beteiligt! Für die Ent­stehung der koronaren Herzkrankheit oder des Herzinfarktes sind oxida­tive Veränderungen der Blutfette mit auslösend. Eine wichtige, negative Rolle spielt dabei die Oxidation des LDL-Cholesterins. Dieses ist der erste Schritt in einer Abfolge von Veränderungen an der Gefäßwand, die schließlich zur Arteriosklerose führt.
Weitere, auch chronisch-degenerative Krankheiten des ZNS (Zentralen Nervensystems) wie Morbus Alzheimer oder Parkinson, werden mit freien Radikalen in Verbindung gebracht.

 

Altern und freie Radikale:

 

Eine der wichtigsten Alterstheorien ist die “Radikalentheorie des Alterns“. Sie geht davon aus, dass ein zunehmendes Ungleichgewicht von oxida­tiven (durch Radikale bedingten) Prozessen und antioxidativen Schutz­mechanismen die Zellen altern lassen und Krankheiten den Weg ebnen.
Mit zunehmendem Alter nimmt die Fähigkeit der Zellen ab, die durch freie Radikale ausgelösten Schäden zu reparieren. Als gesichert gilt, dass freie Radikale bei Krebs-, Herz- und Gefäßerkrankungen als Mit­verur­sacher eine Rolle spielen.

Diagnostik:

 

Zur Bestimmung der Belastbarkeit des Körpers gegenüber freien Ra­di­ka­len können verschiedene biochemische Laborparameter bestimmt wer­den wie z.B. das Glutathionsystem, die Gesamtplasmatische Redox­kapazität nach Rice-Evans, das Malondialdehyd, der Status antioxidativer Vitamine und Spurenelemente (Kupfer, Mangan, Selen, Zink), Krypto­pyrrol im Harn (+ Vit. B6 im Blut) u.a.
Menschen mit einer Kryptopyrrolurie sind besonders anfällig gegenüber Umweltschadstoffen. Diese, genetisch bedingte, Stoffwechselstörung findet sich bei etwa 10 % der Bevölkerung.

Radikalfänger:

 

So genannte "Radikalfänger" sind Stoffe, die in der Lage sind, freie Radi­kale "abzufangen" und damit deren schädigende Wirkung zu neutrali­sie­ren. Auch die Begriffe Antioxidans oder Antioxidanzien oder anti­oxidative Vitamine haben sich dafür eingebürgert. Zu diesen Stoffen zählen unter anderem die Vitamine C, E und Pro­vitamin A sowie Selen. In hohem Maße antioxidativ wirken auch verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe.
Erst die Anwesenheit eines Antioxidans stoppt die Kettenreaktion der freien Radikale. Indem sie ein Elektron aufnehmen verlieren sie zwar ihre antioxidative Funktion, sie bewahren jedoch organische Verbindungen der Zelle vor weiterer Zerstörung.

 

Literatur: