Antioxidantien

Antioxidantien (Mehrzahl von Antioxidans) sind Moleküle, die in der Lage sind, am Wirkort eine Oxidation (als Teil einer Redoxreaktion) zu verhindern oder zu hemmen. Häufig soll durch Antioxidantien eine Reaktion mit Sauerstoff behindert werden.

Es sind zahlreiche Substanzen mit antioxidativen Effekten bekannt und auch Pflanzen bzw. pflanzliche Lebensmittel, die einen hohen Gehalt an natürlich vorkommenden Antioxidantien aufweisen.

Antioxidantien spielen eine Rolle in der Kunststoff-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie und werden im Gesundheits- und Wellness-Sektor eingesetzt.

Freie Radikale

Freie Radikale sind bestimmte reaktive Substanzen, die im menschlichen Körper fortlaufend gebildet werden. Die Konzentrationen von freien Radikalen können in bestimmten Situationen ansteigen. Dazu gehören z.B. Entzündungen, aber auch die Ausübung von Sport führt zu einer Konzentrationssteigerung von freien Radikalen. Erhöhte Produktion von freien Radikalen wird auch "oxidativer Stress" genannt.

Das freie Radikale bei vielen biologischen Funktionalitäten, wie auch Dysfunktionalitäten eine Rolle spielen, spiegelt sich in der Tatsache, dass mittlerweile eine sehr hohe Zahl an wissenschaftlichen Publikationen sich mit dem Themenbereich befasst haben. In einem gewissen Ausmaß scheinen sie Maße die Erkrankungshäufigkeit und Sterblichkeit an Erkrankungen wie z.B. Arteriosklerose und Krebs zu erhöhen, sie haben jedoch auch gleichzeitig protektive Eigenschaften, da sie antimikrobiell wirken und für einige Stoffwechselreaktionen benötigt werden.

Grundlage und Ausganspunkt jedweder Betrachtung ist die Annahme, dass Störungen des Redox-Zustandes, für Auslösung und Entwicklung die schon genannten und auch andere diverse Krankheiten verantwortlich sind. Ebenso ist bekannt, dass einige Inhaltsstoffe bestimmter Nahrungsmittel Schutz bieten können. Allerdings sind in diesem Bereich auch reichlich Mythen unterwegs, die genutzt werden um über einen Benefit von Nahrungsmittel oder Nahrungsergänzungen Profit zu machen. Das meiste ist allerdings ohne erkennbaren oder nachgewiesen Nutzen, bzw. es erweist sich sogar schädlich.

Antioxidantien

Antioxidantien sind Moleküle, die freie Radikale durch eine chemische Reaktion in einen stabilen Zustand versetzen. Natürlich vorkommende Antioxidantien sind u.a. in Knoblauch, Blaubeeren, Kohl, Brokkoli, Süßholz, Ingwer, Tee, Kaffee, Kerbel, Petersilie, Zwiebel, Zitrusfrüchten, Leinsamen, Vollreis, Tomaten, Traubenkernöl, Rosmarin, Minze, Gurke, Spargel, Basilikum und Kakao enthalten. Antioxidantien sind auch ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Muttermilch; sie wirken im Organismus des Babys als Radikalfänger. Bekannt ist auch das aus roten Weintrauben gewonnene Resveratrol.

Die Vitamine E und C liegen als wirksame Antioxidanten vor. Andere Antioxidantien können Hormone sein wie das Melatonin. Weitere typische Antioxidantien sind die oligomeren Proanthocyanidine, kurz OPC, die aus Traubenkernextrakten gewonnen werden und einer der Renner auf dem Nahrungsergänzungsmittelmarkt sind sowie Lycopin, reduziertes Glutathion, Gallate, Lecithin und Milchsäure. Antioxidative Potenz wird auch den Phenolen im Rotwein zugesprochen. (Ein Teelöffel echtes Kakaopulver enthält aber die gleiche Menge Antioxidantien wie Rotwein.)

Die Gabe von Antioxidantien kann bei bestimmten Patientengruppen mit eindeutig nachgewiesenem erhöhtem Vorkommen freier Radikale sinnvoll sein, beispielsweise bei schwerkranken Patienten auf einer Intensivstation. Aktuell (2012) liegt keine wissenschaftliche Studie vor, die belegt, dass die systematische Einnahme von Antioxidantien bei asymptomatischen Patienten einen Überlebensvorteil erbringt. Dagegen gibt es jedoch Evidenz dafür, dass die Einnahme bestimmter Antioxidantien mit einer erhöhten Letalität (Sterblichkeit) assoziiert ist.

Antioxidantien in der Lebensmitteltechnik

Oxidationen spielen in der Lebensmittelwirtschaft eine große Rolle. Ein typisches Beispiel einer unerwünschten Oxidation im Lebensmittelbereich ist die Bildung ranziger Butter. Daher spielen Antioxidantien im Lebensmittelbereich als Additive oder Lebensmittelzusatzstoffe eine große Rolle.

Antioxidantien und menschliche Gesundheit

Endogene und Exogene Entstehungs- und Belastungsfaktoren

In biologischen Systemen wie dem menschlichen Organismus spielen Oxidationsprozesse eine Rolle. Da dabei unter Mitwirkung von Sauerstoff häufig sehr reaktionsfreudige Zwischenprodukte entstehen können, die als Freie Radikale bezeichnet werden und denen eine schädliche Wirkung zukommt, sind Überlegungen bekannt, Antioxidantien zu gesundheitsfördernden Zwecken als Radikalfänger (engl. scavenger) einzusetzen.

Chemisch gesehen sind die Oxidationsprozesse durch Freisetzung von Energie aus Nahrungsmitteln gekennzeichnet, die in kontrollierter Form im Rahmen der Zellatmung in unserem Körper ständig ablaufen. Bei diesen Reaktionen werden in den Mitochondrien Elektronen auf molekularen Sauerstoff übertragen, dieser wird dabei reduziert und dabei entstehen Radikale. Exogen ist die größte Belastung durch Tabakrauch. Aber auch Nahrungsmittel, bestimmte Pharmazeutika und Metalle können Freisetzungen von Radikalen verursachen. Grundsätzlich gibt es in einem gesunden Organismus einige Puffersysteme, die Radikale und deren Freisetzung kontrollieren. Dazu gehören Enzyme und eben Anti-Oxidantien. Das Gleichgewicht zwischen Bildung und Deaktivierung ist dynamisch und wird durch Erkrankungen gestört.

Endogene und Exogene Schutzfaktoren

Es gibt einige antioxidativ wirkende Enzyme, wie Katalase und Glutathionperoxidase, die als Bio-Katalysatoren wirken, ohne dabei selbst verändert zu werden. Andere Antioxidantien hingegen sind Verbindungen, die in der Lage sind Sauerstoffradikale zu inaktivieren. Dabei werden entstehende Oxidationsprodukte im Körper regeneriert. So wird zum Beispiel ein Enzym, die Glutathionreduktase so aufbereitet, dass es wieder zur Verfügung steht. Solange ausreichend Glutathion im Zytosol vorhanden ist, sind Proteine und DNA vor Oxidation geschützt. Darüber hinaus sind Harnsäure und Bilirubin körpereigene Antioxidantien Exogene Schutzfaktoren können protektive Verbindungen sein, die mit der Nahrung aufgenommen werden. Zu nennen sind dabei wiederum Vitamin A, E und C, wie auch Carotinoide und Chlorophylle.

Typische Erkrankungen, bei denen eine Einwirkung freier Radikale diskutiert wird oder bekannt ist, sind:

• Arteriosklerose
• Grauer Star
• Krebs

Da neben den genetischen Ursachen beim Alterungsprozess auch Oxidationen im Rahmen von entsprechenden wissenschaftlichen Hypothesen (genauer: Abnutzungshypothesen des Alterns) eine Rolle spielen, werden Antioxidantien gerne als Nahrungsergänzungsmittel zu einem beabsichtigten Anti Aging eingesetzt. Derartige Mittel sollen also Folgen des Alters mildern, und wenn man einigen Anbietern von Antioxidantien glauben mag, soll damit auch das Altern hinausgeschoben oder sogar die Lebenserwartung erhöht werden. Freie Radikale sind jedoch nicht nur schädliche Stoffwechselprodukte. Sie dienen auch der Immunabwehr, denn Leukozyten und Makrophagen machen sich ihre bakterizide Wirkung zunutze: Sie produzieren freie Radikale und zerstören damit Bakterien und andere Fremdstoffe. Außerdem spielen freie Radikale vermutlich über die Vermittlung der Apoptose eine Rolle in der körpereigenen Tumorsuppression.

Da bei den ersten Phasen der Krebsentstehung (Initiation) bekanntermaßen auch reaktive freie Radikale eine Rolle spielen, sind entsprechende Produkte zur Krebsprävention auf dem Markt. Auf eine bereits bestehende Krebserkrankung haben aber Antioxidantien höchstens einen geringen Einfluss.

Antioxidantien können jedoch bei Krebs auch eine tumorfördernde Wirkung haben und eine wirksame Therapie behindern, da bei der Behandlung von Tumoren gerade freie Radikale entstehen sollen, um die Tumorzellen abzutöten. Antioxidantien verringern deshalb den Heilungserfolg mancher Krebstherapien.

Studienlage

1993 veröffentlichte das New England Journal of Medicine zwei epidemiologische Studien, die herausfanden, dass bei Personen, die Vitamin E-Präparate nahmen, weniger durch Herzkrankheiten bedingte Todesfälle vorkamen. Diese Studien belegten nicht, dass es von Nutzen ist, Vitamin E einzunehmen, da sie nicht die von Unterschieden in der Lebensführung herrührenden Effekte ausschlossen oder durch andere Krankheiten bedingte Todesfälle in Betracht zogen. Außerdem gab es bei anderen Studien widersprüchliche Ergebnisse. Vitamin K kann sich zudem auch negativ auswirken, da es die Gerinnungsfähigkeit des Blutes erhöht.

Die zweite Studie fand keinen Hinweis, dass die Gabe von Vitamin C, Vitamin E oder Beta-Carotin kolorektalen Krebs verhindert. Die dritte Studie, die 20.000 Ärzte 12 Jahre lang begleitete, fand keinen Unterschied im Auftreten von Krebs- oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen zwischen Anwendern und Nichtanwendern von Beta-Carotin.

Die vierte Studie, die eine Kombination aus Beta-Carotin und Vitamin A testete, wurde nach vier Jahren abgebrochen, weil es den Anschein hatte, dass die Gruppe derjenigen, die die Präparate einnahmen und rauchten, eine um 28% höhere Lungenkrebsrate und insgesamt eine um 17% erhöhte Sterberate aufwiesen. Eine weitere klinische Doppelblindstudie ergab, dass die Einnahme hoher Dosen der Vitamine C, E und Beta-Carotin das Risiko des Wiederverschließens der Arterien nach einer Ballonkatheterbehandlung am Herzen nicht reduzierte. Die Patienten nahmen entweder ein cholesterinsenkendes Medikament, das Medikament und drei Antioxidantien, die drei Antioxidantien allein oder Placebo. Mehr als 200 Patienten schlossen die Studie ab. Alle Patienten erhielten Aspirin, von dem bekannt ist, dass es das Wiederverschließen der Arterien vermindert.

Zudem wurde festgestellt, dass das Einstellen des Rauchens und andere Veränderungen der Lebensführung einen weit größeren Effekt auf die Rate von Lungenkrebs und koronaren Herzkrankheiten haben als die Einnahme von Antioxidantien. Im Ergebnis dessen ist festzustellen, dass:

• der Nutzen der Einnahme von hohen Dosen Vitamin E nicht erwiesen ist
• keine Beweise vorliegen, dass die Einnahme von Vitamin C-Präparaten irgendeine Krankheit verhindert
• Beta-Carotin-Präparate aufgrund der bestehenden Risiken zu meiden sind.

In neueren Studien aus dem Jahr 2015 der Universität Göteborg stellte sich heraus, dass Antioxidantien Haut- und Lungenkrebs verschlimmern, indem sie die Metastasierung der Tumore fördern. Dieser Effekt wurde sowohl im Tierversuch als auch in Tests mit menschlichen Tumorzellen beobachtet.

Es ist letztendlich nicht erwiesen, dass die Einnahme von Antioxidantien mehr Nutzen als Schaden bringt. Krebspatienten wird von der Einnahme sogar abgeraten, da bei der Behandlung von Tumoren freie Radikale entstehen sollen, um die Tumorzellen abzutöten. Antioxidantien verringern deshalb den Heilungserfolg mancher Krebstherapien.

Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, das Phenole eine wichtigere Rolle spielen als bisher angenommen. Der Mensch nimmt in der Regel täglich eine recht hohe Dosis an phenolischen Verbindungen auf. Es gibt Hinweise darauf dass sie eine erhebliche Rolle spielen beim Aufrechterhalten der Redoxreaktion. Allerdings können Phenole im Zusammenhang mit Metallen auch Radikale freisetzen (Haber-Weiss und Fenton-Reaktion). Dies ist der Grund warum bei In-Vitro-Versuchen oft gentoxische Effekte beobachtet werden, wenn hohe Konzentrationen vorliegen.

Messung von freien Radikalen bei Gesunden und Kranken

FRAS-Testgerät

Zur Prävention von Krankheiten werden oftmals Messungen freier Radikale als von Patienten selbst zu zahlenden Test (als IGeL-Leistung) angeboten. Die Messung freier Radikale verspricht bei Gesunden keinen nachweisbaren Nutzen. Abgesehen von der Einhaltung allgemeiner Maßregeln einer gesunden Lebensführung gibt es keine spezifische Therapie, die einen "oxidativen Stress" bei ansonsten gesunden Menschen verhindern bzw. ihm vorbeugen könnte.

Aufgrund der extrem kurzen Halbwertszeit ist es nahezu unmöglich, die gemeinten freien Radikale direkt im Blut nachzuweisen. Die Messung freier Radikale erfolgt daher indirekt über eine Bestimmung der Konzentration von Substanzen, die mutmaßlich durch freie Radikale verändert wurden, z.B. von Antioxidantien. Auch gibt es Bluttests, die die Fähigkeit zur "Entgiftung" zugegebener Radikalbildner messen.

Messverfahren:

Die wichtigste physikalische Methode ist die Elektronenspinresonanz, mit der freie Radikale quantifiziert werden, wobei bei kurzlebigen Spezies oft stabilisierende Substanzen (molekulare Fallen) zugesetzt werden. Zu den chemischen Methoden gehören eine Vielzahl von Methoden, bei denen meist Farbumschläge, die durch Oxidations oder Reduktionsprozesse ausgelöst wurden, erfasst werden. Ein wichtiger Begriff ist der TAC-Wert. Er steht für die "totale antioxidative Kapazität". Messungen von oxidativen Veränderungen bei Makromolekülen sind allerdings relevanter, da sie mit der Auslösung von Krankheiten assoziert sind.

Dazu gehören

1. Messung von Substanzen, die durch Radikale verändert werden. Der Malondialdehyd (MDA)-Test ist der am häufigsten angewendete Test. Er wird eingesetzt, um die Lipidperoxidation zu bestimmen, zusätzlicher Parameter ist der Thiobarbitursäure-reaktive-Substanzen (TBARS). Die Untersuchungen werden mit Körperflüssigkeiten und mit Zellen durchgeführt. Da die Proben über einen längeren Zeitraum erhitzt werden, reflektieren die Messungen die Situation im menschlichen Körper nur teilweise. Die Bestimmung von konjugierten Doppelbindungen, die während der Lipidperoxisation entstehen, ist methodisch wesentlich aufwändiger und erfolgt mit Hochdruckflüssigkeits-Chromatographie (HPLC).
2. Messung des Spiegels bestimmter Antioxidantien. Dazu zählen Bestimmungen von oxidierte LDL-Antikörpern, 8-Hydroxy-2-Desoxyguanosin-Tests, Alpha-Tocopherol (Vitamin E)-Test, Ascorbinsäure (Vitamin C)-Tests, Beta-Carotin-Test, Selen-Test und Zink-Test
3. Ein antioxidativer Belastungstest ist der FRAP (Ferric reducing antioxidant power), der auch versuchsweise zur Bestimmung einer so genannten Elektrosensibilität verwandt wird. Ein weiterer Test aus diesem Bereich ist die in der orthomolekularen Medizin und Alternativmedizin eingesetzte Redox-Serumanalyse nach Heinrich. Aber: eine demonstrierte herabgesetzte antioxidative Kapazität bedeutet nicht unbedingt oxidativen Stress, da antioxidative Schutzmechanismen auch an die im Körper vorliegenden Konzentrationen freier Radikale angepasst und somit bei Bedarf herunterreguliert werden können.

Die Zuverlässigkeit der Methoden zur Bestimmung antioxidativer Eigenschaften

Über viele Jahre wurden tausende von Publikationen über Inhaltsstoffe von Nahrungsmitteln und ihre anti-oxidativen Eigenschaften veröffentlicht. Neben wissenschaftlichen Aspekten sind dabei auch wirtschaftliche Interessen von ausschlaggebender Bedeutung. Hauptsächlich geht es um Werbestrategien, die darauf abzielen, Nahrungsmittel-Supplemente zu vermarkten.

Daher ist es von besonderer Bedeutung, die Aussagekraft von Studien, die darin verwendeten Methoden und die daraus folgenden Aussagen sorgfältig zu prüfen. Beruht die Feststellung der Eigenschaften nur auf In-Vitro-Experimenten oder liegen auch Ergebnisse aus Humanstudien vor? In-Vitro-Ergebnisse können nur begrenzt auf Menschen übertragen werden.

Ein sehr gutes Beispiel ist Curcumin, eines der stärksten Antioxidantien, die man aus Versuchen mit Zellkulturen kennt. Diese Verbindung wird allerdings so gut wie gar nicht im Darmtrakt aufgenommen. Die biologische Verfügbarkeit ist gering und die Verweildauer im menschlichen Organismus sehr kurz, so dass die zugeschriebenen Eigenschaften theoretischer Natur sind. Das gilt auch für Anthocyane (Farbstoffe in Beeren), so dass in inneren Organen nicht mit Schutzwirkungen gerechnet werden kann.

Literatur

• Michael Ristow et. al.: Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. PNAS, May 11, 2009, doi:10.1073/pnas.0903485106 [1]
• Goran Bjelakovic: Mortality in Randomized Trials of Antioxidant Supplements for Primary and Secondary Prevention. JAMA, Vol. 297 No. 8, February 28, 2007 [2]
• R. Strametz et al: IGeL kritisch betrachtet: Messung freier Radikale (PDF) Z Allg Med 2008; 84: 399– 403 DOI 10.1055/s 0028-1082293

Weblinks

• Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE-Info): Einfluss von Antioxidantien auf die Lebenserwartung Florian Schweigert, Institut für Ernährungswissenschaft der Universität Potsdam, 1. Februar 2001
• arznei-telegramm: Prävention mit Antioxidanzien: Schaden überwiegt. arznei-telegramm, 12/08, 39: 123-4
• Mythos Antioxidanzien Gute Pillen - Schlechte Pillen: 2009/01, S. 3
• Nike Heinen: Die Mär von den schützenden Vitaminpillen Die Welt, 11. Mai 2009
• Christina Hohmann: Antioxidantien ohne Nutzen Pharmazeutische Zeitung 09/2009
• Jens Lubbadeh: Altern: Neue Studie lässt Anti-Aging-Produkte alt aussehen Spiegel online, 19. Februar 2009
• Ernährung Vitaminpillen bremsen positive Wirkung von Sport Spiegel online, 12. Mai 2009
• Antioxidantien: Nutzlose Radikalfänger Focus, 6. September 2008
• Michael Ristow: Vitaminpräparate steigern Diabetes-Risiko Institut für Ernährungswissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena, 11. Mai 2009
• Marc Scheloske: Der Vitamin-Mythos: Über positiven oxidativen Stress und die negativen Effekte von Antioxidantien scienceblogs.de 12. Mai 2009
• Oxygen Radical Absorbance Capacity (ORAC) of Selected Foods US Department of Agriculture 16. Mai 2012
• Scinexx: Antioxidantien fördern Metastasen - Vermeintlich gesunde Radikalfänger begünstigen die Ausbreitung von Hautkrebs 12. Oktober 2015
• Udo Pollmer:Nutzen bei Krebstherapie - Freie Radikale zu Unrecht verdammt? Deutschlandradio Kultur: MAHLZEIT, 23. Oktober 2015