SEMINAR OXIDATIVER STRESS
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Manuskript zum SEMINAR OXIDATIVER STRESS DIAGNOSTIK- & THERAPIEANSÄTZE Univ.Prof. Mag. Dr. Joachim Greilberger Magister Dr. Peter Moser, MBA November 2011 Einleitung Sehr geehrte Ärztin! Sehr geehrter Arzt! Wir bedanken uns für Ihr Interesse und bieten Ihnen die Möglichkeit, eine neue Technologie (Diagnostik + Anwendung) persönlich kennen zulernen. Dabei geht es um Ihre persönliche Erfahrung einerseits und einen objektiven Nachweis durch messbare Vergleiche von Werten spezieller Blutparameter andererseits. Als Spezialist im Bereich oxidativer Stress der Medizinischen Universität Graz (physiologische Chemie) habe ich ein Messverfahren entwickelt, welches die unmittelbaren Auswirkungen der Schädigung durch Radikale (RONS) messbar machen kann. Diese RONS- Radikale sind in verschiedenen Stadien für eine Vielzahl von Erkrankungen (z.B.: COPD, Atherosklerose, Alzheimer, Parkinson, maligne Tumore) maßgeblich verantwortlich! Ziel der CYL-Pharmazeutika Ges.m.b.H. ist es, mit neuartigen Therapiekonzepten bzw. therapeutischen Lösungen sinnvoll Schädigungen durch oxidativen Stress als auch den oxidativen Stress selbst zu reduzieren und eine Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit herbeizuführen. Unser Wunsch wäre es, dass Sie aufgrund Ihrer persönlichen Erfahrung einen Vorteil für Ihre Patienten erkennen. Wir freuen uns auf Ihr Feedback und stehen Ihnen für weitere Fragen gerne zur Verfügung. Mit freundlichen Grüßen Univ.-Prof. Mag. Dr. Joachim Greilberger Seite 1 INHALTSVERZEICHNIS Einleitung ..............................................................................1 1. Oxidativer Stress und Krankheit ......................................4 1.1. Einleitung ............................................................................ 4 a) Krankheiten ......................................................................... 4 b) Diagnostik ........................................................................... 5 1.2. Definitionen ......................................................................... 7 a) OXIDAIVEN STRESS .............................................................. 7 b) Freie Radikale....................................................................... 8 1.3. Entstehung von RONS im Körper ........................................ 10 1.4. Citratzyklus........................................................................ 11 1.5. Oxidativer Stress aus Energiegewinnung der Zelle ............ 14 1.6. Beispiele für mitochondrialen oxidativen Stress ................ 15 a) Hypoxie ............................................................................. 15 b) Hyperoxygenie ................................................................... 15 1.7. Regulationen bei oxidativen Stress .................................... 16 1.8. Krankheiten durch Oxidativen Stress ................................. 17 2. Diagnostik und Therapiekontrolle bei Oxidativen Stress 18 2.1 Natürlich produzierte Radikale und RONS .......................... 18 2.2 Körpereigene oxidative Stressabwehrmechanismen .......... 21 2.3 Messmethoden für oxidativen Stress ................................. 22 2.4 Messbarkeit von Messparametern ...................................... 24 a) Nicht Messbare Auswirkungen............................................... 24 Peroxynitrit ................................................................... 25 Regeneration von Ascorbinsäure ...................................... 25 b) Messbare Auswirkungen ....................................................... 26 c) Messparameter aus der Modifikation von Proteinen .................. 29 d) Messparameter aus der DNA bzw. RNA Schädigung ................. 31 e) Messparameter aus Reaktionen und Schutzmechanismen von zellulären Schäden ...................... 32 f) Messparameter aus Antioxidativen Reaktionen ........................ 33 Seite 2 2.5 Übersicht ausgewählter Stress-Parameter ......................... 36 a) Carbonylproteine (CP) ......................................................... 37 b) Atherogens (oxidiertes) LDL (oxLDL) ..................................... 39 c) Hydroxydesoxoyguanosin (8-OHdG) ...................................... 40 d) Glutathionperoxidase Aktivität (GPx) ..................................... 41 e) Glutathion-S Transferase Aktivität (GST) ............................... 42 f) 4-Hydroxynonenal (HNE) ..................................................... 43 g) Malondialdehyd (MDA) ......................................................... 44 h) Glutationparameter (GSH, GSSG, GSHges., GSH/GSSG) ......... 45 2.6 Kombination aus diagnostische Stress-Parameter ............. 46 a) Kombination aus CP – oxLDL ................................................ 46 3. Therapiestrategien bei Oxidativen Stress .......................47 3.1 Therapeutische Ansätze bei oxidativen Stress ................... 47 a) Reduktion von Umweltparametern ......................................... 47 b) Begleittherapie bei Krankheit ................................................ 47 c) Präventive Reduktion........................................................... 48 d) Präventive Vorbeugung ........................................................ 48 3.2 Therapien zur Verminderung von oxidativen Stress ........... 48 a) Zufuhr biologisch exogener Substanzen ................................. 48 b) Reduktion von modifizierter organischer Materie ..................... 49 c) Neue Therapien .................................................................. 49 3.3 Antioxidative Therapieansätze ........................................... 50 3.4 Wirkmechanismen anhand von SANOPAL® ......................... 51 a) Zusammensetzung von SANOPAL® ........................................ 51 b) Eigenschaften von AKG (Alpha - Ketoglutarsäure) ................... 52 c) Eigenschaften von 5HMF (5Hydroxymethyl-Furfural) ................ 53 d) Die Kombination AKG/5HMF ................................................. 53 3.5 Anwendungsgebiete von SANOPAL® .................................. 55 a) Anwendungen von SANOPAL® ............................................... 55 b) SANOPAL® für Patienten der Chirurgie ................................... 56 c) SANOPAL® bei Patienten der Rehabilitation ............................. 60 Seite 3 Manuskript OXIDATIVER STRESS 1. Oxidativer Stress und Krankheit 1.1. Einleitung Bis heute wurden zum Thema „Oxidativer Stress“ und „Oxidative Stressparameter“ über 23.000 wissenschaftliche Beiträge (Reviews und Fachartikel) verfasst, davon über 5.000 Fachbeiträge über oxidative Stressparameter. Die Anzahl ist weiterhin stark steigend und damit wird sichtbar wie brennend diese Thema in unserer Gesellschaft ist. So wird auch im täglichen Leben der Begriff oxidativer Stress sehr häufig verwendet bei Stressbelastungen, Burn Out, Depressionen und Müdigkeitserscheinungen. a) Krankheiten Oxidativer Stress ist in 70% aller Krankheiten primär bzw. sekundär involviert, wie Atherosklerose, Diabetes, Neurodegenerative Krankheiten, Rheumatoide Arthritis bis hin zu Krebs und so an ca. 70% der Todesursachen beteiligt. Übersicht über die häufigsten Todesursachen Vor allem im Alter spielen Erkrankungen die durch oxidativen Stress entstehen, die aber auch oxidativen Stress auslösen, eine entscheidende Rolle. Damit wird bei einer immer älter werdenden Gesellschaft die Thematik weiter verschärft. Seite 4 Übersicht über die häufigsten Todesursachen nach Altersgruppen b) Diagnostik Mit der Erforschung des oxidativen Stresse steigt auch der Anspruch auf eine vernünftige Diagnostik, im Speziellen diagnostische Laborparameter, um diese Krankheiten ihren Verlauf zu interpretieren, therapieren und ihren Ursachen auf den Grund zu kommen. Aus dieser Notwendigkeit hat sich die Labordiagnostik des oxidativen Stresses entwickelt. Im Anfangsstadium waren die Methoden zur Bestimmung des oxidativen Stresses sehr unspezifisch bzw. nicht sensitiv genug, um ein Krankheitsbild erkennen zu lassen bzw. die Ergebnisse in eine Diagnose einbeziehen zu können. So wurden in den letzten Jahren die Methoden zur Bestimmung der oxidativen Stressbelastung drastisch verbessert und neue valide und spezifische Parameter entwickelt. Damit sind diese als Diagnostische Parameter für die Bestimmung und Therapie spezifische Krankheiten verwendbar. Sie können so zusätzlich zu den derzeitigen Laboranalysen (Blutparameter) bestimmt werden und haben ein großes Potential eine Diagnose zielgerechter definieren und begleiten zu können. Auch völlig neuen Aspekt in der Diagnose und der damit verbundenen Therapie ist so möglich. Daraus entwickeln sich zu guter Letzt gute Möglichkeiten den Patienten erfolgreicher bzw. zielgerechter therapieren zu können. Seite 5 Übersicht einiger oxidativer Stressparameter Oxidative Stressparameter Auswahl Carbonylproteine (CP) Atherogenes LDL (oxLDL) 8-Hydroxydesoxyguanosin (8-OHdG) Glutathion Peroxidase Aktivität (GPx OXIDATIVER STRESS Glutathion S Transferase Aktivität 4-Hydroxy-nonenal (HNE) Malondialdehyd (MDA) Glutationparameter (GSH, GSSG, GSHges., GSH/GSSG w eitere Parameter Seite 6 1.2. Definitionen a) OXIDAIVEN STRESS Was bedeutet nun „oxidativer Stress“? Dieser Begriff wurde von Prof. Siess in den 90-iger Jahren im letzten Jahrhundert geprägt. In unserem Körper finden zu jeder Zeit Prozesse statt, welche oxidativ bzw. antioxidativ sind. Beide Prozesse sollten immer in einem Gleichgewicht stehen. Wird aber die Menge an oxidativen Prozessen höher, so spricht man von oxidativem Stress. Die Erhöhung der oxidativen Prozesse in unserem Körper hängt unmittelbar mit Radikalen und deren weiteren Verbindungen, den reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS), zusammen, und/oder mit einem Verlust an Antioxidantien, wie Vitamine und Spurenelementen. Definition “Oxidativer Stress” OXIDATIVER STRESS = DYSBALANCE ZUGUNSTEN DER OXIDANTIEN vs. ANTIOXIDANTIEN (EXOGEN bzw. ENDOGEN) Zur Verdeutlichung der Definition sind hier die wichtigsten Einflüsse auf den menschlichen Körper angeführt Gegenüberstellung Antioxidantien - Oxidantien Ò Antioxidantien É Oxidantien É É Strahlung nicht enzymatisch regulierte Systeme: É Ð Vitamine E, C Ð Glutathion Radikale (freie Radikale + RONS) É Ozon Enzymatische Ð Vitamine Ð Spurenelemente É Ò Gifte (Metalle, Pestizide, Partikel, Medikamente, uvm...) Seite 7 b) Freie Radikale Ein in Zusammenhang mit dem oxidativen Stress benutzter Begriff die sogenannten „freien Radikale“ müssen aufgrund der immer wieder missverständlich gebrauchten Bedeutungen genauer betrachtet und definiert werden. Definition “Freie Radikale” Als freie Radikale bezeichnet man Atome oder Moleküle mit mindestens einem oder mehreren ungepaarten Elektronen, die besonders reaktionsfreudig sind Radikale bilden sich durch verschiedenste Einflüsse auf Atome und Molekühle wie Hitze, UV-Strahlung (Photolyse), Röntgen- und andere ionisierende Strahlung und Elektrochemisch durch Oxidation bzw. Reduktion. Die meisten Radikale sind sehr reaktiv und daher kurzlebig (< 1 Sekunde) Die freien Radikale reagieren innerhalb sehr kurzer Zeit mit andren Substanzen in ihrem Umfeld. Es entstehen schädliche Substanzen auf Basis von reaktiven Sauerstoff und Stickstoff. Diese werden allgemein unter dem Begriff „RONS“ (Reaktive Sauerstoff- und Stickstoff Spezies) zusammengefasst. Definition “RONS” Reaktive Sauerstoff- und Stickstoff Spezies (RONS) sind langlebigere schädliche Substanzen, die aufgrund von freien Radikalen gebildet werden Diese sind im Vergleich zu freien Radikalen langlebigere Substanzen, die durch Be- und Überlastung des Körpers, hervorgerufen durch Erkrankungen, Operationen, Verletzung, Ischämien, Reperfusion und Sport, im Organismus entstehen können. Diese Vorgänge werden als „oxidativer Stress“ bezeichnet, wobei bei diesen Vorgängen sowohl die Sauerstoff- (ROS) als auch die Stickstoffsubstanzen (RNS) beteiligt sind und aufgrund Ihres erhöhten Vorkommens im Organismus nicht mehr durch regulierte Mechanismen (enzymatische Reaktionen) eliminiert werden können (siehe auch 1.2.a.) Seite 8 Überblick über freie Radikale und RONS Chemische Reagenzien OH*-, O2*- , H2O2, HOCl, HOBr, [(NO* + O2*- bzw. NO2* + OH*]) 1 O2, ONOO Aktivierte Phagozytose (oxidative burst activity) Freie Metalle, wie Fe2+, Cu1+, γ-Strahlung in Gegenwart von O2 UV Licht, Ozon Lipid Peroxidation (HNE, MDA, acrolein) Seite 9 1.3. Entstehung von RONS im Körper Einer der Orte an dem unser Körper in natürlicher Weise eine große Anzahl von RONS produziert ist das Mitochondrium. Die Mitochondrien der Zelle generieren bei ihrer Energiegewinnung über die Atmungskette eine große Anzahl von RONS. Ablaufes der Energiegewinnung im Mitochondrium O2 + 4 e- à 2O- + 2eWie hier dargestellt entstehen durch die Umwandlung des molekularen Sauerstoffs (O2) in negativ geladene und radikalische Sauerstoffionen (O2− oder 2O-) freie Elektronen (2e-). Diese reagieren mit den vorliegenden Substanzen zu RONS. Bildung von RONS bei der Produktion von ATP + X ·(NAD + 2 H (2 e-) +) X ·2 H+) Enzymkomplex I Enzymkomplex II Ubichinon Q10 2 H2O + ATP RONS RONS Enzymkomplex III Enzymkomplex V Enzymkomplex IV 2 O 2 + 4 e- Seite 10 1.4. Citratzyklus Als zentraler Kreislauf des Metabolismus aerober Zellen spielt der Citratzyklus die entscheidende Rolle. Dabei werden durch den oxidativem Abbau organischer Stoffe (Fetten, Zucker, Aminosäuren) für den Organismus nutzbare Zwischenprodukte bebildet die direkt und indirekt Energie in biochemischer Form (ATP) verfügbar machen. Der Citratzyklus als zentraler Kreislauf Vereinfachte Darstellung des Citratzkylus Die Darstellung zeigt den Ablauf des Citratzyklus bei einer gesunden aeroben Zelle wobei Reduktionsäquivalente (blau), GTP (rot) und Kohlenstoffdioxid (grün) dargestellt sind. Seite 11 Seite 12 Wird durch äußere Umstände die Funktion des Citratzyklus gestört und geht die Zelle in einem anaeroben Metabolismus über so wird die Energiegewinnung der Zelle von einer Überproduktion von RONS begleitet. Dabei kommt es zu einer Veränderung des ↑HIFα (Auswirkungen siehe Kapitel XXXX) Defekter Citratzyklus X RONS X X ↑HIF α Wie aus der Abbildung zu sehen ist spielt das a-Ketoglutarat eine entscheidende Rolle. Seite 13 1.5. Oxidativer Stress aus Energiegewinnung der Zelle Die Dysbalance die durch den defekten Citratzyklus und die damit vermehrte Produktion von RONS also Oxidantien verbunden ist führt sofern nicht genügend Antioxidantien vorhanden sind zu oxidativen Stress. Zusammenfassung der Energiegewinnung in den Mitochondrien Definition “Mitochondrialer (oxidativer) Stress“ DYSBALANCE Mitochondrialer oxidativer Stress ist das Ungleichgewicht zugunsten der Radikalkonzentrationen gegenüber Antioxidantien im Mitochondrium (enzymatisch regulierten bzw. nicht enzymatisch regulierten) Die Quelle der Radikalbelastung intrazellulär als auch extrazellulär sein. kann sowohl Seite 14 1.6. Beispiele für mitochondrialen oxidativen Stress Anhand der einfachsten Beispielen im Bereich des gestörten Sauerstoffangebotes in der Zelle (Hypoxie – Hyperoxygenie) kann das auftreten des oxidativen Stresses dargestellt werden. a) Hypoxie Bei der Hypoxie (Sauerstoffarmut) wird das Gewebe und damit die Zellen nur Mangelhaft mit Sauerstoff versorgt. Diese Mangelversorgung von der auch das Mitochondrium betroffen ist führt zu einem Überangebot von H2. Damit ist eine Oxidation des Wasserstoffes zu einer steigenden Anzahl von 2H+ und 2 e- verbunden. Damit kommt es zu einem überhöhten Elektronentransfer beim Enzymkomplex Ubichinon. Die dabei vorhandenen Moleküle nehmen die zusätzlichen Elektronen auf und werden zu Radikalen bzw. RONS. Auswirkung von Sauerstoffmangel Ò Hypoxie: Sauerstoffarmut É O2 < H 2 -> Oxidation von mehr Wasserstoff zu mehr 2H+ und 2e- É Zu hoher Elektronentransfer beim Enzymkomplex Ubichinon -> Resultat: Moleküle nehmen zusätzliches Elektron auf und werden zu Radikalen bzw. RONS b) Hyperoxygenie Bei der Hyperoxygenie (Sauerstoffüberschuss) liegt ein Überangebot an Sauerstoff vor. Es kommt zu einer optimalen Verbrennung des Sauerstoffs im Mitochondrium. Der Überschuss des molekularen Sauerstoffes ist nicht schädlich, da molekularer Sauerstoff kaum Reaktionen aufgrund seines metastabilen Zustandes eingeht. Davon Ausgenommen ist das Vorhandensein von freien Radikalen bzw. RONS da diese den überschüssigen Sauerstoff für oxidative Prozesse nützen können. Auswirkung von Sauerstoffüberschuss Ò Hyperoxygenie: Sauerstoffüberschuss É O2 > H 2 -> Optimale Verbrennung von Sauerstoff É Restlicher molekularer Sauerstoff im Gewebe bzw. Serum und Zellen ist nicht schädlich, da molekularer Sauerstoff kaum eine Reaktion eingeht (metastabil) Seite 15 Zusammenfassung zu mitochondrialen oxidativen Stress Mitochontrialer (Oxidativer) Stress = SAUERSTOFFARMUT 1.7. Regulationen bei oxidativen Stress Der menschliche Körper hat verschiedene Schutzmechanismen um sich gegen eine zu hohe Radikalbelastung sowohl intrazellulär als auch extrazellulär zu schützen. Exemplarische Darstellung von Regulationsmechanismen: Ò Mögliche Regulationen bei zu hoher Radikalbelastung (intrazelluläre/extrazelluläre): Ð Ð Aktivierung der Hämoglobinsynthese Ð Energiegewinnung über Laktatzyklus (geringere Energieausbeute) Ð HIfα Regulation: Caspase 3 Aktivität, Zelltod (Apoptose) Rückkoppelungsmechanismus über Pyruvatdehydrogenase zu aktiviertem Acetyl-CoA Seite 16 1.8. Krankheiten durch Oxidativen Stress Wie eingangs dargestellt ist der Oxidative Stress bei ca. 70% aller Krankheiten primär bzw. sekundär involviert. Um die Vielfalt der Auswirkungen anschaulicher zu machen seien hier einige plakative Beispiele angeführt. Beispiele für Krankheiten durch Oxidativen Stress Ò Atherosklerose Ò Rheumatoide Arthritis Ò Ischemia-Reperfusion Ò Neurodegenerative Krankheiten, (Alzheimer, Parkinson’s, Mild Cognitive Impairment, ...) Ò Fertilität Ò Diabetes Mellitus Ò Distress Syndrome bzw. Burn Out Ò Progeria (rasches Altern) Ò Akute Pancreatitis Ò Kataractogenesis Ò Chronische Alkohol Ingestion bzw. Leberfunktionsstörungen Ò Krebs Ò …. Seite 17 2. Diagnostik und Therapiekontrolle bei Oxidativen Stress Um Einblick in die Diagnostischen Methoden zu bekommen, ist es notwendig die Mechanismen und Auswirkungen des oxidativen Stresses auf den Körper, die Zelle und deren damit verbundenen Änderungen zu kennen. So spielt neben den Veränderungen, die oxidativen Stress im Körper bewirkt, auch die körpereigenen antioxidativen Abwehrmechanismen und die dabei auftretenden Auswirkungen bei der Diagnostik der Stressbelastung eine nicht unwesendliche Rolle. Bevor auf die Abwehrmechanismen des Körpers gegen oxidativen Stresses eingegangen wird muss auf die normale physiologischen Funktionen der Radikale und RONS im System „Körper“ eingegangen werden um die Grenzwerte der Diagnostik verstehen zu können. 2.1 Natürlich produzierte Radikale und RONS Die im Mitochondrium produzierten Radikale und RONS haben sofern sie nicht im Überfluss produziert werden und mit dem antioxidativen System im Gleichgewicht stehen wichtige Aufgaben im Körper. Eine totale Unterdrückung oder Eliminierung dieser oxidativen Substanzen würden zu großen lebensbedrohenden Auswirkung im Körper führen. So sind diese Radikale und Substanzen ein wesentlicher Regulator im Immunsystem des Menschen die von antibakteriellen Wirkungen bis hin zum Abbau nicht mehr intakter oder fehlentwickelter Zellen reichen. Aufgabe von freien Radikalen und RONS im Körper Seite 18 Übersicht der Substanzen und ihrer Wirkung Ò Natürlicher Radikalen, Naturstoffe: regulative Eigenschaften von RONS und daraus modifizierten É NO• (vaso-relaxierende Wirkung, antibakterielle Wirkung) É É É É É É É Singlett-1O2, OH•, O2-• (Immunabwehr) H2O2, ONOO- (Makrophagen, Phagozytose) Oxidierte Proteine bzw. Aminosäuren Nitrierte Proteine bzw. Aminosäuren Modifizierte Kohlenhydrate Modifizierte Nukleotide, Nukleoside Modifizierte Fette (Fettsäuren, Lipoproteine, Lipide Die optimale Zellfunktion wird durch den Redoxstatus bedingt, der wiederum auf der Balance von Pro- und Antioxidantien beruht. Ein Übergewicht in Richtung oxidationsfreudiger Bedingungen kann durch vermehrte RONS-Produktion, eventuell in Verbindung mit verminderten antioxidativen Funktionen, ausgelöst werden. Die Überproduktion von RONS als Auslöser für oxidativen Stress umfasst alle Vorgänge, die von geringem Sauerstoffverbrauch (Hypoxie, siehe auch voriges Kapitel) in der Zelle ausgehen. Auch durch Aufnahme von Umweltschadstoffen, Exzessive Nahrungszufuhr sowie Körperliche Anstrengung führen zu oxidativen Stress. Kurzfristig kann eine Imbalance gewünscht sein, z.B. um den Gefäßtonus über die Aktivierung der Guanylatzyklase zu regulieren. RONS sind demnach nicht von vornherein schädlich, erst wenn man ihnen über einen längeren Zeitraum mit hoher Konzentration ausgesetzt ist, kann unser Immunsystem den Angriffen nicht mehr stand halten. Als Folge der Oxidation an diversen Biomolekülen treten oxidative Schäden und Entzündungen auf. Längerfristig können RONS jedoch direkt oxidative Schäden an Nukleinsäuren, Proteinen und Lipiden verursachen und weiters über Genexpression auch die Entstehung von systemischen Entzündungen bis hin zur Apoptose vormals gesunder Zellen führen. Ermüdung in immer kürzeren Abständen, Schlafstörungen und in weiterer Folge „Burnout“ sind bereits Auswirkung von chronischer Überbelastung Seite 19 durch Oxidativen Stress (RONS). Damit können in weiterer Folge eine Vielzahl von Krankheiten wie Atherosklerose, Alzheimer, COPD, Parkinson, maligne Tumore entstehen. Außerdem produzieren diese Krankheiten wiederum selbst RONS und belasten damit den Körper weiter. Auch alle chirurgischen Eingriffe stellen eine massive Belastung durch oxidativen Stress (RONS) dar. Die Folge ist das Auftreten einer Reihe von postoperativen Komplikationen mit all ihren klinischen Erscheinungsbildern (u.a. SIRS, Sepsis). Seite 20 2.2 Körpereigene oxidative Stressabwehrmechanismen Unter normalen physiologischen Bedingungen besitzen Zellen antioxidative Abwehrmechanismen um überschüssige freie Radikale und RONS neutralisieren zu können. Die zelleigenen Abwehrmechanismen besitzt zwei Möglichkeiten zum Schutz vor übermäßiger Radikalbildung. Abwehrmechanismen übermäßiger Radikalbildung Abwehr oxidativen Stresses im Körper • ENDOGEN Superoxid-Dismutase (SOD), Gluthation- Peroxidase (GPx), Catalase (CAT) • EXOGEN Bioflavonoide, Carotinoide, Tocopherol, Ascorbinsäure Der endogene Mechanismus wird größtenteils enzymatisch reguliert, wie durch die Glutathionperoxidase (GPx), Superoxid Dismutase (SOD) und Catalase (CAT). Die Gruppe der biologisch exogenen Antioxidantien umfasst Reduktionsmittel, die leicht mit oxidierenden Substanzen reagieren und dadurch wichtigere Moleküle vor der Oxidation schützen. Dazu zählen die Vitamine C und E, Ubichinol (= Coenzym Q), bestimmte Carotinoide (βCarotin, Lycopin) und Gluthation. Diätetische Antioxidantien sind Verbindungen in einem Lebensmittel, die signifikant die Effekte von reaktiven Substanzen vermindern. Seite 21 2.3 Messmethoden für oxidativen Stress Freie Radikale und RONS haben hohe Reaktivität und kurze Halbwertszeiten. Dadurch ist ihre direkte Messung sehr schwierig und erfordert hochtechnologische, teure Methoden wie Elektronen-SpinResonanz- Spektroskopie (ESR), Radiolyse, Laser- Flash- Photolyse. Deshalb hat man sich eher auf die indirekte Messung spezialisiert, die die Auswirkungen der RONS messen und damit einen direkten Rückschluss auf die Anzahl der vorhandenen Belastung (= Veränderungen) zulässt. Messmethoden von RONS DIREKTE Messmethoden für RONS-Status • Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie (ESR) • Radiolyse • Laser- Flash- Photolyse • Chemoluminenszenz Methoden • Radioimmunoassay • Biopsien (beim Fettgewebe) INDIREKTE Messmethoden für RONS-Status • Nachweis veränderter Biomoleküle nach der Reaktion mit freien Radikalen und RONS • Untersuchung auftretender Veränderungen des Immunsystems • Analyse antioxidativ wirksamer Enyzme Der Nachweis veränderter Biomeleküle nach der Reaktion mit RONS kann dabei über die Anzahl der oxidierte Proteine, oxidierte Lipide, oder oxidierte DNA- Basen erfolgen. Werden Untersuchung auftretender Veränderungen des Immunsystems als Messmethoden herangezogen so werden Messung auf Basis zirkulierender Konzentrationen an Vitamin C sowie Vitamin E oder des Gluthations als Basis genommen. Die Analyse antioxidativ wirksamer Enyzme wie sie Superoxiddismustase (SOD), Gluthation-Peroxidase (GPx), Catalase (CAT) oder GluthationReduktase stellt eine weitere Gruppe von Messparameter dar. Seite 22 Messmethoden an Modifizierter organischer Materie Messung veränderter Biomoleküle nach Veränderung durch RONS • Modifizerte Eiweiße: - Carbonyl-Proteine (CP) - oxidiertes LDL (oxLDL) - Nitrotyrosin (NTP) • Modifizierte „mutagene“ Nukleotide: - 8-Hydroxy-desoxoguanosine (8-OhdG) • Modifizierte Fettsäuren (PUFAs): - 4-Hydroxynonenal (HNE) - Malondialdehyd (MDA) • Modifizierte Kohlenhydrate: - Malondialdehyd (MDA) • Glutathionsystem (GSH, GSSG, GPx, GST) Seite 23 2.4 Messbarkeit von Messparametern Die Auswirkungen von RONS auf die einzelnen Prozesse im Körper sind jedoch nicht immer leicht fassbar, nachweisbar und damit messbar. Dies sei an einigen Beispielen gezeigt. a) Nicht Messbare Auswirkungen Superoxid Superoxid-Nachweis NO2 N N NO2 N N N + + O O CH3 CH3 O2NO2 N N NH N N N Nitroblau-Tetrazolium NO2 N NH N N N O O CH3 CH3 Formazan Nicht messbar Superoxidanion ist eines dieser „Ein Elektron Reduktionsprodukte“ aus molekularem Sauerstoff, welches durch die NADPH und Xanthinoxidase enzymatisch katalysiert wird. Auf nicht enzymatischer Basis entsteht es durch Semiubichinon, einer Komponente der mitochondrialen Elektronentransportkette. Hydroxylbildende Metallionen In der Gegenwart von freien Metallionen (Fe, Cu) besteht die Möglichkeit, dass Wasserstoffperoxid über die Fenton und Haber-Weiss Reaktion zu hoch reaktiven Hydroxylradikalen wird, welche Nukleinsäuren, Lipide und Proteine oxidativ modifizieren und somit ihre ursprüngliche Funktion verlieren können. Fenton-Reaktion Haber-WeissReaktion Fe2+ + H2O2 Fe3+ + •OH + OH- Fe3+ + H2O2 Fe2+ + •O2- + 2 H+ 2 H2O2 O2 + 2 H2O H2O2 + •O2- Nicht messbar O2 + •OH + OH- Seite 24 Peroxynitrit Superoxidanion kann aber auch mit NO• zu einem weiteren Agens Peroxynitrit führen, welches direkt zu einer Transaminierung und Oxidation von Pyrimidin und Purinbasen führt. Peroxynitrit NO3- •NO + O2•- ONOO- O CO2 O N O O C O- H+ ONOOH •OH + •NO2 Nitro-Tyrosin-Protein, ONOO(Chemilumineszenz-Entwicklung) Nitro-Tyrosin: Catecholamine, Schilddrüsenhormone (T3, T4) Regeneration von Ascorbinsäure Aber auch exogene Abwehrmechanismen sind nicht immer messbar. Ein Beispiel dafür ist die Regenerierung von Ascorbinsäure 2 Semidehydroascorbat• D Ascorbat + Dehydroascorbat Semidehydroascorbat NADH NAD+ • 2 GSH Dehydroascorbat + H+ Ascorbat GSSG Ascorbat Nicht messbar Seite 25 b) Messbare Auswirkungen Superoxid-Dismutase (SOD) Ein Messparameter der verbunden ist mit der zuvor nicht messbaren Superoxid-Entstehung ist die Superoxid-Dismutase Aktivität. SOD (Superoxid-Dismutase) Aktivität 2 O2•- + 2 H+ D H2O2 + O2 Spezifisch für Superoxid Sehr effizient Cu/Zn-SOD Mn-SOD (Plasma) (Mitochondrien) messbar Katalase Katalase 2 H2O2 D 2 H2O + O2 Unspezifisch Hämprotein (Fe) Intrazellulär in Peroxisomen lokalisiert außer in Erythrozyten messbar Seite 26 Glutathionperoxidase Glutathionperoxidase H2O2 + 2 GSH D GSSG + H2O ROOH + 2 GSH D GSSG + H2O + R-OH Spezifisch für GSH Unspezifisch für H2O2 Enthält Se (Selenocystein) GSH wird von Glutathion-Reduktase regeneriert: GSSG + NADPH + H+ D 2 GSH + NADP+ messbar Exogene Parameter Typische exogenen Parameter wie das Vitamin C und das Vitamin E können direkt gemessen werden. Über deren Status kann auf die antioxidative Abpufferung geschlossen werden. Ascorbinsäure OH O HO OH O pK = 4.1 1 OH HO AscH2 O HO O OH O O pK2 = 11.8 HO OH AscH- O Asc O 2- O 99.5 % bei pH 7.4 messbar Seite 27 Vitamin E CH3 HO CH3 H3C O CH3 CH3 H3C H H3C H CH3 R, R, R- α-Tocopherol .O CH3 CH3 O R R H 3C O CH3 H3C CH3 Tocopheryl-Radikal O CH3 CH3 Tocopheryl-Chinon messbar Seite 28 c) Messparameter aus der Modifikation von Proteinen In den letzten Jahren wurden immer effizientere und aussagekräftigere Parameter zur Bestimmung des oxidativen Stresses entwickelt. Einer davon ist der CP Wert, der eine Maßzahl darstellt, die angibt wie stark die Belastung des Körpers durch oxidativen Stress vorliegt. RONS sind auch für die Modifikation von Proteine zuständig (Carbonylproteine [CP], Nitro-Tyrosin-Protein [NTP]), welche Ihre Funktion und somit die Stoffwechselregulation (Citratzyklus) verlieren können, wie z.B. die Entgiftung, den programmierten Zelltod (Apoptose) einzuleiten, die Hämoglobinsynthese durchzuführen, Auf- bzw. Abbau von Aminosäuren, biogenen Aminen, Pyrimidin- und Purin-Synthese und vieles mehr. Definition des „CP-Wertes“ Der CP-Wert ist ein Messparameter der angibt wie viele Carbonyle kovalent (irreversible) am Protein binden (nicht an einer Aminosäure), induziiert durch reaktive Sauerstoff oder Stickstoff Spezies (RONS) oder Nebenprodukte des oxidative Stresses im Körper. Dabei kann die Entstehung der unterschiedlichsten Einflüssen ausgehen. geschädigten Proteine von Einflüsse zur Entstehung von Carbonyl-Proteinen É Chemische Reagentien (H2O2, Fe2+, Cu1+, Glutathione, HOCl, HOBr, 1O2, ONOO-) É É É É Aktivierte Phagocytes (oxidative burst activity) OH• γ-Strahlung in Gegenwart von O2 UV Licht, Ozon Lipidperoxide (4-Hydroxynonenal, Malondialdehyd, Acrolein) Seite 29 Anwendung und Vorteile des CP-Wertes É Indiz des oxidativen Stresses bei Krankheiten (primär, sekundär oder tertiär) É Therapiebegleitung und -kontrolle In die Behandlung bzw. Therapie mitinkludiert zeigt er Erfolge von Medikamenten bzw. Supplementen É Auffinden und Bestätigungen von Stresssituationen -> Neuen Therapieansätzen z.B. oxidative Stresssituation während Operationen, Transplantationen (Abstoßungsreaktionen), Burn-Out Situation, Depressionen etc. Die Messung der Carbonylproteine (CP) als Messung für oxidierte Proteine (intra- bzw. extrazellulär) ist ein enorm wichtiger Parameter für Therapieverläufe. Seite 30 d) Messparameter aus der DNA bzw. RNA Schädigung Freie Radikale und RONS schädigen auch die Erbsubstanz des Menschen. Dabei verändern „stören“ sie normale Abläufe bei der Zellreplikation und modifizieren damit die Erbsubstanz. RONS bewirken eine Unzahl an DNA Schädigung, wie die Modifikation von Basen (8-OHdG), Verlust an Basen (Apurin/Apyrmidin), Einzel- und Doppelstrang-Bruch, DNA-Protein Verzweigungen und die Oxidation von Deoxyribose (bzw. Kohlehydrate zu RONS, als auch zu Malondialdehyd; MDA). „Hot Spots“ an der DNA/RNA Radikale attackieren „Hot Spots“ an der DNA, bzw. RNA. O a.) Kohlenhydrat: C4´ und C5´ - b.) Basen: O O P O -O CH 2 4' I.) Purine (C4,C5,C6) N7 5 8 4 9 NH 2 O 1' 3' O 1 NH 2 N 2' HN3 O II.) Pyrimidine (C5,C6, + CH3 des Thymins) 3 N O 6 2 P O CH 2 O O O 4' 3'OH 4 5 CH 3 6 1 N 1' 2' 8-OHdG Die Oxidation der DNA kann zur Folge haben das eine falsche Ablesung von 8-OHdGua eine Mutation auslöst. Die Bestimmung des 8-OHdG gibt also Auskunft über eine mögliche Belastung die sich auf genetischer Ebene befindet. 8 -h yd r oxygu a n in e Falsche Ablesung von 8-OHdGua kann zur Mutation führen: GC→AT. O O HN N H2N N N N H OH H2N 8 OH-Gu a (en ol) H N H2N Ba s ep a ir s HN N N N H O 8 oxo-Gu a (k et o) O N H H N N N H A T G C 8 OHd G A H NH N N 8 OH-Gu a NH H H N Ad en in e O Seite 31 e) Messparameter aus Reaktionen und Schutzmechanismen von zellulären Schäden GPx Arg O2 Cit NOS • NO2-, NO3- NO ONOO- H+ ONOOH NO2 Nitrierung H+ O2 • - SOD H2 O 2 Prostaglandin-Synthese (COX, LOX) Immunsystem (NADPH-Oxidase) Ischämie/Reperfusion (XOD) Xenobiotika (CytP450) Fe, Cu MPO Cat GPx • OH Hydroxylierung + O2 • HOCl Chlorierun g H2 O + O 2 Seite 32 f) Messparameter aus Antioxidativen Reaktionen RONS verursachen Schädigung an der Zellmembran, was unvermeidlich zur Lipidperoxidation führt. Zwischen- und Endprodukte daraus sind elektrophile Substanzen, wie Epoxide und Aldehyde. HAE und Malondialdehyd (MDA). Einige aussagekräftige Parameter stützen Antioxidativen Netzwerkes des Körpers. sich auf Prozesse des MDA, HNE Antioxidantien-Netzwerk Metall- und Enzymradikale LOOH Metalle oder Enzyme LH LH LOO • LOO • LOO O2 • O2 AOO O2 L • L • • LOOH LOOH GPx LH GPx LOH Propagation Initiation LOH HNE, MDA Propagation Um die Antioxidativen Prozesse der Metall oder Enzyme Entradikalisierung messbar zu machen, wird auf die Parameter MDA und HNE zurückgegriffen. Wobei folgendes dargestellt ist: LH LOO LOOH GPx L AOO • • • = = = = = = Mehrfach ungesättigte Fettsäuren Lipidperoxidradikal Lipidhydroperoxid Glutathionperoxidase Lipidradikal Alkylperoxidradikal Seite 33 GSH, GSSG Antioxidantien-Netzwerk Lipidperoxidradikale NADH Ubichinon LOO , LO • • Toc Ubichinol Asc . • LOOH, LOH Toc . • NAD+ GSH NAD(P)+ GSSG NAD(P)H AscH Toc-Chinon Wie aus der Darstellung ersichtlich geben die Parameter GSH und GSSG Auskunft über die Aktivitäten innerhalb der Antioxidativen Prozesse im Bereich der Entradikalisierung der Lipidperoxidradiakle (LOO•, LO•) wobei der „ “ für die radikalisierte Form der Substanz steht. • Vor allem das Glutathion liegt entweder in einer reduzierten (GSH) oder oxidierten Form (GSSG) vor, welches durch NADPH Glutathion Reduktase in die reduzierte Form (GSH) gebracht wird. Die Konzentration an GSSG liegt physiologisch in wesentlich kleineren Konzentrationen vor als GSH. Die Konzentration beider Substanzen wird zellulär reguliert. Das Verhältnis von GSH/GSSG ist ein Indikator für den intrazellulären Redoxzustand. Die Produktion von GSH wird durch gamma-Glutamincystein Synthase reguliert, wobei die Aufnahme intrazellulär von der Glutathion-STransferase (GST) gesteuert wird, welche selbst H2O2 produziert und somit die Regulation von GSH beeinflusst um Apoptose und eine Tumorzellenproliferation verhindert. Seite 34 Antioxidantien im menschlichen Körper Die mengenmäßig wichtigsten Antoxidantien Intrazellulär: GSH bis zu 5 mM Plasma: Albumin 300 - 500 µM Harnsäure 200 - 400 µM Ascorbinsäure 20 – 30 µM α-Tocopherol 20 – 30 µM Seite 35 2.5 Übersicht ausgewählter Stress-Parameter Bevor man medizinische Maßnahmen setzen kann, ist es wichtig das Ausmaß der Belastungen festzustellen. Dabei sind eine Menge von Parametern im Umlauf die über die Belastung des Körpers Auskunft geben können. Einige dieser Parameter sollen hier behandelt werden: a) Carbonylproteine (CP) b) Atherogenes LDL (oxLDL) c) 8-Hydroxydesoxyguanosin (8-OHdG) d) Glutathion Peroxidase Aktivität (GPx) e) Glutathion S Transferase Aktivität (GST) f) 4-Hydroxy-nonenal (HNE) g) Malondialdehyd (MDA) h) Glutationparameter (GSH, GSSG, GSHges., GSH/GSSG) Seite 36 a) Carbonylproteine (CP) Eine der modernsten Methoden oxidativen Stress zu bestimmen ist die Messung der Carbonyle am Protein (CP-Wert). Hierbei wird die unmittelbare Schädigung am Protein (Eiweißmolekül) als Resultat der oxidativen Belastung durch RONS festgestellt. Der CP - Wert gibt an wie viele Proteine durch RONS (Reaktive Sauerstoffund Stickstoffspezies = Stoffe wie H2O2, ONOO-...) so geschädigt wurden, dass sich Carbonyle am Protein gebildet haben. Der CP-Wert stellt einen sensitiven Marker für die oxidative Schädigung dar. Mit dem Werte bestimmte Grad der Schädigung bestimmt werden, entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Proben: Als Probe eignet sich Plasma aus EDTA Vollblut Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Dieser Wert inkludiert 2 Bestimmungen. Die Carbonyle (Doppelbestimmung) und die Proteinbestimmung (Gesamteiweißbestimmung ). Es wird jeweils der Mittelwert der Carbonyle gebildet. Dieser wird dann auf 1mg Gesamteiweiß oder Protein normiert. Dies ergibt den Wert der Carbonyl-Proteine (CP). Dieser Wert wird in pmol/mg angegeben. Referenzbereich: 80 – 200 pmol/mg Referenzwerterläuterung: - Werte unter 80 pmol/mg haben eine Signalwirkung in Richtung massiver Erschöpfungszustände, welche nur mehr durch ärztliche Hilfestellung behebbar sind. - Werte über 200 pmol/mg bedeuten eine Stresssituation für den Körper (Sauerstoffmangel, gestörte Zellatmung usw.) und erfordern weitere diagnostische Maßnahmen durch den Arzt. (Abklärung der Ursache) Seite 37 Beispiele für CP-Werte in der Medizin 1400 P r o t e i n s c h äd i g u n g b e i M e n s c h e n mi t u n t e r s c h i e d l i c h e r E r k r a n k u n g carbonyl proteins [pmol/mg] 1200 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 control group Study group 1000 800 ** 600 * * * ** 400 200 400 200 0 - 1 day 0 ND C a nc er CD DM B ur n T y p e I Out c ontr ol Typische CP-Werte bei Krankheiten: ND = Neurodegenerative Erkrankungen Cancer = Krebs; before ELV after ELV 2h post- 6h postoperativ operativ 12h 1.day 7.day postpost.postoperativ operativ operativ Verlauf des oxidativen Stresses anhand der CP-Werte bei Lungenoperationen (Einlungenventilation) mit und ohne präoperative Vorbereitung mittels SANOPAL® CD = Herzkreislauferkrankungen DM Type I = Diabetes Mellitus Type I Burn Out = ”Burn Out Syndrom” control = Normalwert Seite 38 b) Atherogens (oxidiertes) LDL (oxLDL): LDL ist sehr leicht oxidierbar und bildet das sogenannte oxidierte LDL, wobei einerseits fettlösliche Vitamine, insbesondere Vitamin E, verbraucht werden und andererseits Tryptophan bzw. Lysin-Einheiten von apoB-100 oxidativ modifiziert werden. Oxidiertes LDL wird in Arterienwänden von Makrophagen ungehemmt und konzentrationstunabhängig aufgenommen (phagozytiert) und gespeichert. Diese Fettüberladung der Makrophagen führt zur Bildung von Schaumzellen, was in der medizinischen Forschung als einer der Ursachen für die Entstehung von Arteriosklerose betrachtet wird. Oxidiertes LDL ist ein extrem toxisch wirkendes Protein mit einem hohen Anteil an oxidierten mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Oxidiertes LDL wird in den Arterienwänden von Makrophagen ungehemmt und konzentrationstunabhängig aufgenommen (phagozytiert) und gespeichert. Diese Fettüberladung der Makrophagen führt zur Bildung von Schaumzellen, was in der medizinischen Forschung als eine der Ursachen für die Entstehung von Arteriosklerose betrachtet wird. Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Referenzbereich: 18 – 400 ng/mL Referenzwerterläuterung: - Werte unter 18 ng/mL können auf eine erhöhte Immunreaktivität gegen oxLDL hinweisen. - Werte über 400 ng/mL können auf manifeste Gefäßverkalkungen hinweisen Seite 39 c) Hydroxydesoxoyguanosin (8-OHdG) (= Parameter für intrazellulären Stress) 8-Hydroxydesoxyguanosin entsteht beim Angriff von Hydroxylradikalen als auch Peroxinitrit auf die DNA und stellt einen geeigneten intrazellulären Biomarker für das Ausmaß des oxidativen Stress in der Zelle dar. Dabei wird 8-Hydroxydesoxyguanosin frei und gelangt über die Zirkulation in die Niere, wo es im Urin ausgeschieden wird. Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Referenzbereich: Referenzwerterläuterung: Seite 40 d) Glutathionperoxidase Aktivität (GPx) (= Parameter für Abbau der ROS) Die Glutathion-Peroxidase (GPx) und GST sind eine der wichtigsten antioxidativen Enzyme für die Entgiftung von reaktiven Sauerstoffspezies in lebenden Zellen. GPx ist verantwortlich für die Aufrechterhaltung der Integrität aller Zellmembranen gegenüber Schädigungen durch oxidativen Stress. Vor allem die Lipidkomponenten der Zellmembranen werden durch freie Radikale zu Lipidperoxide oxidiert. GPx reduziert die Peroxide mit Hilfe von Glutathion zu Alkoholen und verhindert somit die Bildung von freien Radikalen. Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Referenzbereich: Referenzwerterläuterung: Seite 41 e) Glutathion-S Transferase Aktivität (GST) (= Parameter für Abbau der oxidierten Fette) Die Enzymfamilie der Glutathion–S–Transferasen (GST) spielt eine entscheidende Rolle in der Entgiftung von Xenobiotika als auch von aldehydischen Abbauprodukten der Lipidperoxidationsprodukte (Aldehyde, wie 4-HNE). GST katalysiert die Übertragung der Thiolgruppe des Glutathion auf elektrophile Moleküle. Dabei wird die Ausscheidungsfähigkeit verschiedener Substanzen durch Überführung in hydrophilere Metaboliten erhöht. Die Enzyme fungieren somit als ein Teil des Abwehrmechanismus gegen mutagene, kanzerogene und toxische Effekte solcher Verbindungen. Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Referenzbereich: Referenzwerterläuterung: Seite 42 f) 4-Hydroxynonenal (HNE) (= Parameter für den Status der Fettoxidation) 4-Hydroxynonenal und Malondialdehyd, abgekürzt auch 4-HNE bzw. MDA oder MAL, sind reaktive α,β-ungesättigte Aldehyde welche aus der Lipidperoxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren, (engl. polyunsaturated fatty acids - PUFAs), entstehen. Bei diesem Vorgang werden wiederum Proteine unter Bedingungen des oxidativen Stresses modifiziert, d.h. geschädigt. Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Referenzbereich: Referenzwerterläuterung: Seite 43 g) Malondialdehyd (MDA) Eine der verwendeten Methoden zur Bestimmung der oxidativen Schädigung von Biomolekülen stellt die Messung von Malondialdehyd als Abbauprodukt der Lipidperoxidation dar. Der Abbau von Lipdperoxiden führt zur Bildung freier Radikale, die weitere Peroxidationsreaktionen einleiten. Diese freien Reaktionen inkludieren die Bildung von zusätzlichen Lipidperoxiden. Es ist nicht feststellbar ob alle Lipidperoxide abgebaut wurden und ob die dabei gebildeten Produkte dieselben sind. MDA wird in verschiedenen Geweben effizient metabolisiert. Das MDA wird nicht nur während der Peroxidation der Lipide gebildet. Die Desoxyribose der DNA, verschiedene andere Kohlenhydrate und einige Aminosäuren setzen MDA frei, wenn sie mit Sauerstoffradikalen reagieren. Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Bei dieser Methode wird die biologische Probe mit Thiobarbitursäure inkubiert, welche ein Addukt mit Malondialdehyd bildet und spektrophotometrisch bestimmt werden kann. So einfach diese Methode zu sein scheint, gibt es auch hier erhebliche methodische Schwierigkeiten. So reagiert Thiobarbitursäure nicht nur mit Malondialdehyd, sondern auch mit anderen Molekülen (z.B. Biliverdin, einige Aminosäuren). Referenzbereich: Referenzwerterläuterung: Seite 44 h) Glutationparameter (GSH, GSSG, GSHges., GSH/GSSG) Proben: Als Probe eignen sich Serum und Plasma. (EDTA Vollblut???) Die Probe sollte gekühlt versendet werden, ist aber bis 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Bestimmung: Referenzbereich: Referenzwerterläuterung: Seite 45 2.6 Kombination aus diagnostische Stress-Parameter Manche de Parameter ergeben in Kombination eine vertieftes oder differenziertes Bild der Hintergründe oder ermöglicht eine differenzierte Diagnostik. a) Kombination aus CP – oxLDL Aufgrund der Werte der Einzelparameter kann durch betrachten der Kombination auf folgende weiter Aspekte geschlossen werden: - Hohe CP und oxLDL Werte weisen auf eine sich manifestierende Arteriosklerose bzw. Stenose hin. - Mittelhohe CP und oxLDL Werte deuten auf eine Entstehung von arteriosklerotischen Ablagerungen (Atherogenese) hin. - Leicht erhöhte CP und oxLDL Werte weisen auf einen geschwächten antioxidativen Schutz hin (niedriges Vitamin E und C bzw. GPx, GST). - Normale CP und hohe oxLDL atherosklerotische Ablagerungen hin Werte deuten auf alte Seite 46 3. Therapiestrategien bei Oxidativen Stress Bei den Therapieansätzen gegen Oxidativen Stress ist darauf zu achten, dass wie bereits in Kapitel 2 erläutert RONS und freie Radikale auch wichtige Aufgaben im menschlichen Körper erfüllen und so eine radikale Abpufferung oder Unterdrückung auch durchaus negative Eigenschaften mit sich bringen kann. „RONS“ im menschlichen Körper Funktionen der RONS im Körper • Positive Aufgaben: Immunsystem produziert freie Radikale und RONS zum Abbau nicht mehr intakter oder fehlentwickelter Zellen und schützt den Körper vor Bakterien, Pilzen und Viren. • Negative Eigenschaften: Zu viele freie Radikale und RONS (= oxidativer Stress) oxidieren die organische Materie (Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate) und bilden den Körper belastende Substanzen RONS sind demnach nicht von vornherein schädlich, erst wenn man ihnen über einen längeren Zeitraum mit hoher Konzentration ausgesetzt ist, kann unser Immunsystem den Angriffen nicht mehr stand halten und es kommt zum Oxidativen Stress. 3.1 Therapeutische Ansätze bei oxidativen Stress Die Überproduktion von RONS als Auslöser für oxidativen Stress umfasst alle Vorgänge, die von geringem Sauerstoffverbrauch (Hypoxie, siehe auch voriges Kapitel).) in der Zelle ausgehen. Aber auch durch Aufnahme von Umweltschadstoffen, exzessive Nahrungszufuhr sowie körperliche und geistige Anstrengung können zu einer Überproduktion führen. a) Reduktion von Umweltparametern Daher sollte bei jeder Therapie auch Augenmerk auf die Rahmenbedingungen gelegt werden und ein jedes Therapieprogramm sollte die Reduktion oder Ausschaltung der negativen Umweltparameter (Schadstoffe, Nahrung, körperliche Überbelastung,...) beinhalten. b) Begleittherapie bei Krankheit Außerdem produzieren Krankheiten RONS und belasten damit den Körper. Neben Genesungstherapien muss der Körper daher auch mit therapeutischen Ansätzen gegen die zusätzliche oxidative Stressbelastung unterstützt werden. Seite 47 c) Präventive Reduktion Auch alle chirurgischen Eingriffe stellen eine massive Belastung durch oxidativen Stress (RONS) dar. Die Folge ist das Auftreten einer Reihe von postoperativen Komplikationen mit all ihren klinischen Erscheinungsbildern (u.a. SIRS, Sepsis). Eine perioperative Optimierung kann daher das Risiko von Komplikationen minimieren und so zu einer schnelleren Heilung beitragen. d) Präventive Vorbeugung Gesunde Ernährung sowie eine gesunde Lebensweise gepaart mit Kontrolle der Belastungen und rechtzeitiges Erkennen sowie Eingreifen bei negativen Veränderungen und Ausgleich von Mängel beugen der Entstehung und der Auswirkung am wirksamsten vor. Mit Bewegung und Ernährung mit richtigem Ausmaß und Umgebung können übermäßiger bzw. zu geringer Sauerstoffverbrauch ausgeglichen und die Entstehung von übermäßigen RONS und freien Radikalen entgegengewirkt werden. 3.2 Therapien zur Verminderung von oxidativen Stress Stellt man oxidativen Stress im Körper fest so ergeben sich daraus verschiedene Ansätze die RONS Belastung im Körper zu mindern. a) Zufuhr biologisch exogener Substanzen Die Gruppe der biologisch exogener Antioxidantien umfasst Reduktionsmittel, die leicht mit oxidierenden Substanzen reagieren und dadurch wichtige Moleküle vor der Oxidation schützen. Dazu zählen die Vitamine C und E, Ubichinol (= Coenzym Q), bestimmte Carotinoide (βCarotin, Lycopin) und Gluthation. Bei dieser Antioxidativen Therapie wird aus Blutanalysen der Status des jeweiligen Antioxidants (Vitamine, Spurenelemente, ) erhoben. Werden Defizit an Vitaminen, Flavanoiden, Spurenelementen etc. aus Vollblut bzw. Serum festgestellt so kann eine Supplementierung zur Anhebung der Substanzen eingeleitet werden Der Nachteil einer solchen Therapie ist das zwar die Gesamtkonzentration der Antioxidantien messbar ist, aber nicht spezifisch die Wirkung im Enzymkomplexen (siehe Auch Kapitel 2.) Als Beispiel sei hier die Selensupplementation erwähnt. Diese erhöht zwar den Gesamt-Selen-Spiegel, aber nicht unbedingt die Aktivität der selenabhängigen GPx. Seite 48 b) Reduktion von modifizierter organischer Materie Erkennt man aus Blutanalysen erhöhte Werte von modifizierter organischer Materie (siehe Kapitel 2 Messparameter) so kann mit weiteren Substanzen oder Substanzkombinationen eingegriffen werden. Die endogene Mechanismen zum Abbau von RONS und freien Radikalen werden größtenteils enzymatisch reguliert, wie durch die Glutathionperoxidase (GPx), Superoxid Dismutase (SOD) und Catalase (CAT). Neben den Abbaumechanismen ist auch die direkte Ausleitung der Substanzen eine erfolgversprechende Form der Reduzierung. Dabei werden Substanzen dem Körper zugeführt, die die modifizierte Materie bindet und/oder aus dem Körper ausleitet. Bei Reduktion der Messparameter (CP, NTP, MDA, HNE, GPx, GST, GSH/GSSG) kann ein direkt der Erfolg einer Supplementation erkannt werden. Eine Übersupplementation wird jedoch, als „nicht Erfolg“ in der Therapie abhängig vom Supplement, Zeitpunkt des Therapieansatzes, etc., angezeigt und kann daher zu Fehlinterpretationen führen. Zumeist werden zur Reduktion von modifizierten organischen Materien diätetische Antioxidantien (Kombinationen von Substanzen in Verbindungen in einem Lebensmittel) eingesetzt die signifikant die Effekte von reaktiven Substanzen vermindern. c) Neue Therapien Es gibt genügendlich Optionen um freie Radikale und RONS abzubauen bzw zu deren Entstehung zu vermindern. Therapieansätze: Abbau und verminderte Entstehung durch • Vitamin C und E • Vitamine in Enzymkomplexen • Spurenelemente in Enzymkomplexen • Flavanoide, Phytostoffe • Diätetische Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel • Chelattherapien Seite 49 3.3 Antioxidative Therapieansätze Um die Therapieansätze bei Antioxidativen Therapien zu verstehen, muss man das Grundprinzip dahinter erläutern. Wirkprinzip „Antioxidativer Therapien“ ALLGEMEIN gilt: • Oxidans 1 + Antioxidans 2 à Reduktans 1 + Oxidans 2 • Radikal 1 + Antioxidans 2 à Reduktans 1 + Radikal 2 Beispiel: O2•- + Vitamin C à O2 + Vitamin C• Oxidanz 2 (=Oxidierte Antioxidans) bzw. Radikal 2 müssen weiter abgebaut und entsorgt, bzw. regeneriert werden! Die Regeneration, das Recycling bzw. der Katabolismus von oxidierten Antioxidatien sind aufwendig! Außerdem beeinträchtigen zu hohe Konzentrationen an Antioxidantien die immunologische Komponente HLA1. Daher sind für eine effiziente antioxidative Therapie einige substanzielle Eigenschaften notwendig. Substanzeigenschaften effizienter Therapien: Anforderung Substanzeigenschaften: • Oxidantien abbauen • Energie liefern • kein Eingriff ins Immunsystem Seite 50 3.4 Wirkmechanismen anhand von SANOPAL® Anhand eines der Vertreter der Antioxidative Therapieansätze dem diätetischen Lebensmittel SANOPAL®, welches in Form einer Substanzkombination angeboten wird, sollen die antioxidativen Wirkungen dargestellt werden. a) Zusammensetzung von SANOPAL® Bei SANOPAL® handelt es sich um ein diätetische Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke (Bilanzierte Diät)*1 zur diätetischen Behandlung des posttraumatischen Syndroms. Es enthält die patentierten Wirkstoffkombination Alphaketoglutarsäure (AKG) und 5 Hydroximethylfurfural (5HMF) sowie Natrium, Kalium und Magnesium. Nähr- und Inhaltsstoffe: *1 Diätetische Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke (Bilanzierte Diäten) sind als solche zu kennzeichnen und zu melden. Laut BGBI. II Nr. 416/2000 idgF hat die Formulierung auf fundierten medizinischen und diätetischen Grundsätzen zu beruhen. Diese Lebensmittel müssen sich gemäß den Anweisungen des Herstellers sicher und nutzbringend verwenden lassen und wirksam sein in dem Sinne, dass sie den besonderen Ernährungserfordernissen der Person, für die sie bestimmt sind, entsprechen, was durch allgemein anerkannte wissenschaftliche Daten zu belegen ist. Seite 51 b) Eigenschaften von AKG (Alpha - Ketoglutarsäure) Die AKG ist ein natürlich in Körperzellen vorkommender stickstofffreier Teil der Aminosäuren, als Glutamin und Glutaminsäure bekannt. Sie ist ein entscheidendes biologisches Zwischenprodukt der Produktion zur Energiegewinnung in der Zelle (CITRATZitronensäure-Zyklus) ATPoder Citratzyklus + typische Reaktionen als Antioxidans : AKG + PDH + Fe2+ + RONS + Ascorbinsäure à Succinat + PDH + Fe2+ + Ascorbinsäure AKG + NH4+ + Glutamat à Glutamin AKG + H2O2 à Succinat + H2O AKG + ONOO- à Succinat + NO2- (à NO•) LOO- + AKG à Succinat + LOH AKG + Fe(II) à Fe(II) AKG Komplex Die Wirkung der AKG wird durch ihre starke Reaktionsfähigkeit verstärkt sodass sie ein stärkerer Radikalfänger (RONS) als Vitamin C ist. Außerdem beteiligt sie sich nicht am Abbau von freien Radikalen die zur Immunabwehr notwendig sind. Die AKG hat ebenfalls eine wichtige Funktion in den Oxidationsreaktionen mit molekularem Sauerstoff (z.B. AKDHG) zur Verhinderung von Gewebeschäden oder Dysfunktionen (O2-Sensor). Als Stickstoffregulator im Stoffwechsel verhindert sie Stickstoffüberlastung (NH4+) indem sie zu Glutamin abreagiert. eine Der gebildet stimulierenden Neurotransmitter Glutamat führt zur enzymatisch kontrollierten Entgiftung von Ammoniak aus dem Gewebe (z.B. zentrales Nervensystem) Seite 52 c) Eigenschaften von 5HMF (5Hydroxymethyl-Furfural) 5HMF ist ein natürlicher Wirkstoff, der als nicht enzymatische Bräunungsreaktion bei der thermischen Zersetzung von Zucker und Kohlenhydraten gebildet wird (Maillard-Reaktion). Er ist in natürlicher Form in Honig, Apfelsaft, Zitrusfrüchten, Bier uvm. enthalten. Ähnlich wie die AKG ist 5HMF ein Radikalfänger (O2•-, OH•) und wirkt vor allem bei reaktiven Stickstoff-Radikalen (RNS) stärker als Vitamin C. 5HMF ist in der Lage im erhöhten Masse, in einer enzymunabhängigen Reaktion Ammoniak und freie Amine zu binden (nichtenzymatische Detoxifizierung, ähnlich Harnstoffzyklus) Es reagiert mit reaktiven Stickstoffverbindungen (RNS) wie Peroxynitrit und bindet freie Radikale. Durch die antioxidativen Kapazität schützt 5HMF den molekularen Sauerstoff im Körper vor einer Radikalisierung und führt daher zu einer besseren Sauerstoff-Utilisation. 5-HMF verhindert außerdem eine Eisen (II) und Wasserstoffperoxid (= Fenten-Reaktion) induziierte Zellschädigung. Es stärkt durch die erhöhte Bildung von antioxidativ regulierende Enzyme (SOD, GPx) das antioxidative Netzwerk im Körper und reagiert mit ONOOindem es eine metastabile Substanz bildet. Zusätzlich wird über die Eigenschaft Amine über die Azomethin Reaktion zu binden die antioxidativen Eigenschaften verstärkt. d) Die Kombination AKG/5HMF Aus zahlreichen Anwendungsbeobachtungen und Studien kann zusammengefasst festgestellt werden, dass AKG und 5-HMF synergistisch arbeiten. Während zum Beispiel AKG schon nach kurzer Zeit ONOO- abbaut, verhindert 5-HMF die Modifikation von Proteinen (Nitrierung). Auch wird die Energiegewinnung (ATP) in den Zellen durch hohe AKG Konzentration (z.Bspl. 80g/l) bei einer gleichzeitigen Optimierung der Sauerstoffutilisation im menschlichen Gewebe durch 5HMF unterstützt Das hohe antioxidatives Potential der AKG im Bereich der ROS verbunden mit dem Potential von 5HMF bei RNS ergeben ein effektives Potential im Antioxidativem Netzwerk, das auch ein „Recycling“ von Vitamin C (= Entradikalisierung) mit sich bringt. Durch den Auf- und Abbau von nicht essentiellen Aminosäuren (z.B. Glutamin) und den Abbau von toxischen Substanzen in Form von Harnstoff durch die Kombination verschafft dieser ein effizientes Eingreifen in die Behandlung von oxidativem Stress. Seite 53 Antioxidative Wirkung der Kombination AKG/5HMF vs. Vitamin C Bestimmung der Proteinschädigung (Carbonyl-Proteine) einer SerumAlbumin-Lösung durch Zigaretten-Rauch. Vergleich: Schädigung von Proteinen durch Rauchen BSA - a-KG/HMF BSA + a-KG/HMF BSA + Vit.C 12,00 Proteinschädigung 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0 2 15 30 60 tim e [m in.] Eine Serum-Albumin-Lösung wird aktiv für 2 Minuten und danach passiv für 60 Minuten Zigaretten-Rauch ausgesetzt. Die blauen Balken zeigen den Anstieg der Proteinschädigung in der Lösung ohne Antioxidantien (BSA – AKG/5HMF) an. Nach dem aktiven Rauchen (0 - 2 Minuten) zeigt sich eine drastische Erhöhung der Proteinschädigung, welche im Verlauf weiters durch das Passivrauchen als auch die ausgelöste Lipidperoxidation drastisch ansteigt. Die gelben Balken zeigen den Verlauf der Proteinschädigung in Gegenwart von Vitamin C an. Eine Tagesdosis Vitamin C hat eine schützende Wirkung auf den Angriff freier Radikale und gebundener Radikale aus Zigarettenrauch. Die Proteinschädigung wird stark reduziert. Dabei wird Vitamin C verbraucht. Die roten Balken zeigen die Wirkung der Kombination AKG/5HMF an. Es zeigt sich eine signifikant bessere radikalfangende Wirkung als Vitamin C. Seite 54 3.5 Anwendungsgebiete von SANOPAL® SANOPAL® ist als ein diätetische Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke (Bilanzierte Diät)*1 zur diätetischen Behandlung des posttraumatischen Syndroms zugelassen. Definition des Posttraumatisches Syndrom: Als Posttraumatisches Syndrom bezeichnet man: Metabolischen Veränderungen also Stressreaktionen nach körperlichen Traumata, ausgelöst durch seelische oder/und körperliche Belastungen. Anwendungen von SANOPAL® a) Die Wirkung die SANOPAL® aufweist ist, bewirkt sowohl die vorbeugende als auch die begleitende Minderung von Metabolischen Veränderungen also Stressreaktionen nach körperlichen Traumata, ausgelöst durch seelische oder/und körperliche Belastungen. Dabei wird sowohl vorbeugend als auch begleitend eine Behandlung von Belastungen körperlicher als auch seelischer Natur durch Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit und Reduktion des oxidativen Stress (siehe vorherige Kapitel) erreicht. Medizinscher Zweck von SANOPAL® • vor chirurgischen Eingriffen, insbesondere bei schlechtem Gesundheitszustand • nach Operationen, Unfällen und schweren Erkrankungen • bei und nach Rehabilitationen (z.B.: Burnout) *1 Diätetische Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke (Bilanzierte Diäten) sind als solche zu kennzeichnen und zu melden. Laut BGBI. II Nr. 416/2000 idgF hat die Formulierung auf fundierten medizinischen und diätetischen Grundsätzen zu beruhen. Diese Lebensmittel müssen sich gemäß den Anweisungen des Herstellers sicher und nutzbringend verwenden lassen und wirksam sein in dem Sinne, dass sie den besonderen Ernährungserfordernissen der Person, für die sie bestimmt sind, entsprechen, was durch allgemein anerkannte wissenschaftliche Daten zu belegen ist. Seite 55 b) SANOPAL® für Patienten der Chirurgie Eine wissenschaftlichen Studie an der Medizinischen Universität Graz in der die „Perioperative Reduktion des Oxidativen Stress durch Supplementierung mit einer Kombination aus α-Ketoglutarsäure und 5-Hydroxymethylfurfural als eine neue Möglichkeit der perioperativen Optimierung bei chirurgischen Eingriffen“ untersucht wurde dient als Grundlage für die Anwendung von SANOPAL®. Einleitung: Der oxidative Stress mit seiner Hauptwirkung an den Endothelzellen und den Granulozyten ist nach neuesten Erkenntnissen hauptverantwortlich für das Auftreten des SIRS (systemic inflammatory response syndrome) und damit letztlich für die Induktion einer postoperativen Komplikationskaskade mit all ihren klinischen Erscheinungsbildern. Diese Tatsache ist insbesondere bei Operationen mit erhöhtem oxidativen Stresspotential wie z.B. in der Herz-, Lungen-, Leber- und Gefäßchirurgie, aber auch bei allen anderen großen chirurgischen Eingriffen von zentraler Bedeutung. Jede Art von Operation bedeutet Oxidativer Stress (siehe vorige Kapitel Vor allem größere Operationen verlangen eine besondere präoperative Optimierung in welcher auch die antioxidative Kapazität erhöht werden sollte. Die Supplementierung mit Vitaminpräparaten ist in prä- oder perioperativen Ernährungsprotokollen enthalten, führt jedoch nachweislich keinesfalls zu den erwarteten Wirkungen da diese nur über Monate in der notwendigen Dosis in den Organismus eingebaut/eingelagert werden können, wie zum Beispiel die Speicherung von Vitamin C in der Niere. Bei vielen Patienten vor operativen Eingriffen spielt der Zeitfaktor jedoch eine bedeutende Rolle da wochenoder monatelange Ernährungsprogramme/Aufbauprogramme sowohl aus der Sicht des Arztes wie auch der Sicht des Patienten nicht akzeptiert werden können. Um den Zeitfaktor reduzieren zu können, kann man derzeit konzentrierte Nahrungsergänzungen, wie Protein- und Fettsäuren- reiche Getränke, einnehmen. Dies führt aber zumeist zu einer Belastung der Verdauung als auch der Resorption im Magen- und Darmbereich und in Folge des allgemeinen Zustandes. Es sind daher Substanzen gesucht, welche rasch resorbiert werden und zu den erwünschten Wirkungen wie der Reduktion des oxidativen Stresses und einer Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit führen um die Akzeptanz dieser sinnvollen Maßnahmen für Arzt und Patient zu erhöhen. Seite 56 Studienaufbau: In einer prospektiv randomisierten verblindeten Studie an 32 Patienten mit einem nicht kleinzelligen Bronchuskarzinom wurde die Wirkungen der Substanzkombination, α-Ketoglutarsäure und 5-Hydroxy-Methyl-Furfural, innerhalb eines präoperativen Optimierungsprotokolles getestet. Die Patienten wurden dabei in 2 Gruppen randomisiert wobei beide Gruppen ein spezielles Ernährungsprogramm für 10 Tage erhielten und die Studiengruppe wurde zusätzlich mit 7,2 g α-Ketoglutarsäure und 720 mg 5-Hydroxy-Methyl-Furfural [SANOPAL®] pro Tag supplementiert. Bei allen Patienten wurde vor und nach dem Ernährungsprotokoll eine Spiroergometrie und entsprechende Blutabnahmen zur Bestimmung des oxidativen Stress zu Studienbeginn, vor bzw. nach der Operation bei der eine Einlungenventilation (ELV) vorkam, durchgeführt. Als Hauptzielparameter für die Leistungsevaluierung wurden die VO2max und Watt bestimmt. Der oxidative Stress wurde sowohl auf Proteinebene (Carbonylproteine) als auch auf Lipidebene (Isoprostane) evaluiert. Ergebnisse: Die Spiroergometrie zeigte eine signifikante Verbesserung der VO2max (p< 0.01; Darstellung 1) und der Watt (p< 0.01; Darstellung 2) für die Studiengruppe. Studienergebnisse VO2max und Watt mit präoperativer Vorbereitung Darstellung 2 Darstellung 1 vor S up p lementation vor S up p lementation nach S up p lementation nach S up p lementation 140 **/† 130 120 110 100 90 80 Arbeit [%] (time at inclusion = 100%) VO2max [%] (time at inclusion = 100%) 140 **/†† 130 120 110 100 90 80 70 70 Kontrollgruppe Studiengruppe Kontrollgruppe Studiengruppe Seite 57 Die Bestimmung des oxidativen Stress zeigte im zeitlichem Verlauf (Studienbeginn – Operation vor ELV – Operation nach ELV) eine massive Reduktion der Carbonylproteine (p< 0.01; Darstellung 3) und der Isoprostane (p< 0.01; Darstellung 4) zugunsten der Studiengruppe. Studienergebnisse des oxidativen Stresses mit präoperativer Vorbereitung Darstellung 3 †† Kontrollgruppe 3 400 1 0 0 St ud ie nb eg in n 0 ,5 EL V ** 1,5 200 na ch * EL V 600 2 na ch ** * 2 ,5 vo rE LV 800 Isoprostane [pmol/mL] 10 0 0 vo rE LV Kontrollgruppe Studiengruppe Studiengruppe 12 0 0 St ud ie nb eg in n Carbonyl Proteine [pmol/mg] 14 0 0 Darstellung 4 Aufgrund der verminderten Sauerstoffversorgung bei Operationen mit ELV (= Einlungenventilation) steigt der oxidative Stress im Patienten stark an. Das Ausmass des Anstiegs wurde mittels 2 unabhängiger Parameter (CP und Isoprostanen) gemessen. Klinisch führten diese Ergebnisse zu einer signifikanten Verkürzung von Krankenhaus- (p< 0.05) und Intensivstationsaufenthalt (p< 0.05). Patientencharakteristik und klinische Ergebnisse Seite 58 Conclusio der Studie Die Studienautoren Univ. Prof. Dr. A. Maier, der Klinische Abteilung für Thoraxchirurgie, Medizinische Universität Graz und Univ.Prof. Mag. Dr. J. Greilberger vom Institut für Physiologische Chemie der Medizinische Universität Graz kommen daher zu dem Schluss: „Die simple präund perioperative Supplementierung von α-Ketoglutarsäure und 5-Hydroxy-Methyl-Furfural (SANOPAL®) als Mikronährstoffe ist daher als ein weiterer sinnvoller Schritt im multimodalen Konzept eines „fast-track surgery“ Programmes anzusehen. Die biochemischen und pathophysiologischen Wirkungszusammenhänge können neben der Chirurgie aber auch für andere Behandlungsoptionen von Bedeutung sein wie etwa der Rehabilitation, COPD und womöglich nach onkologischen Behandlungen.“ Zusammenfassung: SANOPAL als Perioperative (pre- und postoperativ) Optimierung in der Chirurgie (Tumorchirurgie, Gefäßchirurgie, Herzchirurgie, Thoraxchirurgie, Plastische Chirurgie, Allgemeinchirurgie, Unfallchirurgie, Orthopädie,...) • Schnellere Optimierung zu dringend bzw. lebensnotwendigen Operationen durch: – Erhöhung der ATP Synthese – stoffwechselbedingte Unterstützung der Sauerstoffversorgung für die Herzmuskulatur und die Skelettmuskulatur (Proteinsynthese) und der damit verbundenen Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit • Optimierter Operationsverlauf durch – präventive Reduktion des oxidativen Stresses und Einschränken des oxidativen Anstiegs während Operationen – Verminderung der oxidativen Schädigung und deren Auswirkungen wie Ischämie und Reperfusion – Verminderung der Bildung von freien Radikalen und ihren toxischen Produkten (RONS) • Reduziertes Auftreten von Komplikationen nach Operationen durch – Einschränkung der Ischämie und Reperfusion – raschere Wundheilung aufgrund reduzierten oxidativen Stresses reduziertes Auftreten von SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrom) Seite 59 c) SANOPAL® bei Patienten der Rehabilitation Durch die mit der Studie verbundenen Ansätze der Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit und Reduktion des oxidativen Stresses in kurzer Zeit ergeben sich ein breites Feld für Einsätze von SANOPAL®. Der Hauptzielparameter die Leistungssteigerung über die VO2max und Watt sowie der Nachweis der Reduktion des oxidative Stress auf Proteinebene (CP) als auch auf Lipidebene (Isoprostane) sind ebenfalls entscheidende Parameter, wenn es um Rehabilitationsanwendungen geht Dabei sind Anwendungen nach Operationen, Unfällen genauso davon betroffen wie schweren Erkrankungen sowohl körperlicher (z.Bspl. Krebs) als auch psychischer Natur (z.Bspl. Burn-out) und schwere Belastungen des Körpers (z.Bspl. Überbelastung durch Sport). Dies wurde Anhand einer Belastungsuntersuchung der „Pilotstudie zur Proteinschädigung aufgrund der körperlichen Belastung von Radprofis während einer Radrundfahrt (Select Tour 2004)“ untersucht. Einleitung: Auch exzessiver und übermäßige Belastungen durch Sport sowohl während eines Wettkampfes als auch bei Trainingseinheiten und Vorbereitungen führen zu oxidativen Stress und benötigen entweder eine präventive, begleitende oder nachfolgende Behandlung. Auch in diesen Bereichen werden neben den Vitaminen, Mineralstoffen und Spurenelemente aber auch diätetische Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel immer wichtiger um durch den oxidativen Stress ausgelöste Krankheiten oder negative Auswirkungen auf den Körper zu verhindern. Eine andauernde oxidative Stressbelastung kann sich vor allem in einer Leistungsverminderung oder in weiterer Folge in verschiedensten Krankheitsbildern (z.Bspl. Immunsystemschwächung, Entzündungen,...) auswirken. Studienaufbau: Ein Radteam stand für die Dauer einer Radrundfahrt (Select Tour 2004 Steiermark) zu einer Blutuntersuchung zur Verfügung. Die Blut-Abnahmen wurden 4 Etappen abgenommen. vor und nach jeder der insgesamt Als Blutparameter wurde die Proteinschädigung (CP) aus kapillarem Blut des Fingers gemessen. Damit konnte der oxidative Stress durch die Be- bzw. Überlastung Organismus durch den Sport entstehen gemessen werden. im Einem Teil des Radfahr-Teams stand das Getränk CYL (Kombination von AKG und 5HMF) während der körperlichen Belastung zur Verfügung, dem Seite 60 anderen Teil nicht. Für die Regeneration über Nacht wurde vom Großteil der Radfahrer in unterschiedlichen Mengen des Getränkes getrunken. Ergebnisse: Es zeigte sich, dass die Einnahme von CYL eine Verringerung der Proteinschädigung des Blutes bewirkte. Die Gruppe ohne CYL zeigte keine Änderung des Parameters, eher eine Tendenz zur Erhöhung der Proteinschädigung im Blut. Studienergebnisse Proteinschädigung mit und ohne Supplementirrung Anteil der Proteinschädigung von CorratecRadfahrern zu Beginn (1.Abnahm e) und Ende (2.Abnahm e). 1.Abnahm e w ird m it 100% festgelegt. 160 Proteinschädigung (%) 140 120 100 1.Abnahme 80 2.Abnahme Die Abbildung 1 zeigt die Proteinschädigung beider Gruppen, welche CYL im Rennen mit (+CYL) getrunken haben zur Gruppe ohne CYL (-CYL) Einnahme. Es wurde jeweils die Proteinschädigung vor dem Rennen mit 100% festgelegt. 60 40 20 0 +CYL -CYL Nach der Tour wurde ein Radfahrer für eine Woche mit CYL versorgt und die Proteinschädigung am 11.Tag gemessen. Abbildung 2 zeigt, dass sich bei ihm die Proteinschädigung des Blutes vom 4.Tag zum 11.Tag um mehr als 50% verringert hat, zwischen 1. Tag und 11.Tag nahezu 70%. Abbildung 2: 1.Abnahm e w ird m it 100% festgelegt Proteinschädigung [%] 120,000 100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0,000 1.Tag morgens 3.Tag morgens 4.Tag morgens 11.Tag morgens Seite 61 Conclusio der Studie Generell kann bestätigt werden, dass CYL nach einer körperlichen Belastung die Proteinschädigung bei 5 von 6 Radfahrern vermindert wurde, wobei der sechste Radfahrer aufgrund einer Verletzung durch einen Sturz aufgeben musste. Dessen Blutproteinschädigung stieg aus dieser Konsequenz deutlich an. Es wird hier deutlich gezeigt, dass Belastungen durch Sport, oxidativen Stress im menschlichen Organismus auslöst und den Körper aus dem Gleichgewicht bringen kann. Nur mit einer optimale Versorgung durch eine konsequente Ernährung für eine optimale Bereitstellung von Spurenelementen, Vitaminen und Substanzen (z.B. AKG/5HMF im Getränken), welche vom Körper selbst metabolisiert werden, kann das Gleichgewicht wiederum eingestellt werden. Zusammenfassung: SANOPAL als Nachbehandlung nach Operationen, Unfällen sowie schweren Erkrankungen und Belastungen • Optimierter und rascherer Heilungsverlauf durch – erhörte ATP Synthese – Verbesserung des Verhältnisses aerob - anaerober Stoffwechsel und einer damit verbundenen Erhöhung der Laktatschwelle (Trainingsoptimierung) – bessere Aktivitäten der Mitrochondrien-Enzyme (Energiegewinnung der Zelle) – bessere Leistung und bessere Sauerstoffverwertung – stoffwechselbedingte Unterstützung der Sauerstoffversorgung für die Herzmuskulatur und der Skelettmuskulatur (Proteinsynthese) Seite 62
