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Oxidativer Stress: Apothekenrelevante Messmethoden

TITEL

 
Oxidativer Stress

Apothekenrelevante Messmethoden

von Gunter P. Eckert, Tanja Wegat und Sebastian Schaffer, Frankfurt am Main, Steffen Theobald, Freiburg, und Walter E. Müller, Frankfurt am Main

 

Etliche Apotheken bieten Schnelltests zur Bestimmung von Hydroperoxiden im Kapillarblut an. Die beiden hauptsächlich verwendeten Geräte lieferten in einer Studie identische Messwerte und waren gut handhabbar. Die klinische Relevanz der Hydroperoxidwerte muss weiter diskutiert werden. Durch die hohe intraindividuelle Stabilität der Messwerte eignen sich die Geräte für die Kontrolle bei Einnahme von Antioxidantien-Präparaten.

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Die moderne Ernährung mit einer geringen Zufuhr von antioxidativen Vitaminen und Spurenelementen wird vielfach für die Zunahme von Zivilisationskrankheiten wie Diabetes mellitus, Krebs oder Arteriosklerose verantwortlich gemacht. Auch in den Medien wird über Antioxidantien als mögliche Prophylaxe oder zur Beeinflussung von Krankheitsverläufen diskutiert, oft geht es dabei um freie Radikale und so genannte Radikalfänger.


Ist Sport schädlich?

Nach intensiver körperlicher Belastung steigen die Hydroperoxidspiegel deutlich an (30, 31). Um das Ausmaß der Fettsäureoxidation im Körper zu erfassen, hat sich die Quantifizierung der Hydroperoxide, ähnlich wie die Bestimmung der Isoprostane, gerade bei Sportlern als geeignet erwiesen (32).

 

Es gilt heute als gesichert, dass gerade zu Beginn eines sportlichen Trainings Organe wie Herz oder Skelettmuskulatur auf Grund eines deutlich gesteigerten Sauerstoffverbrauchs einer vermehrten Bildung freier Radikale ausgesetzt sind, die oxidativen Stress induzieren (32). Seit einiger Zeit wird auch eine verstärkte Freisetzung freier Radikale durch Häm-haltige Proteine, insbesondere Hämoglobin und Myoglobin, als weitere wichtige Ursache für sportbedingten oxidativen Stress diskutiert (32, 33).

 

Das lange Zeit geltende Paradigma, dass oxidativer Stress bei sportlicher Belastung unter allen Umständen zu vermeiden sei, gilt heute und gerade im ambitionierten Freizeitsport jedoch als überholt. Hierfür gibt es im Wesentlichen zwei Gründe: So ergab die überwiegende Zahl der Untersuchungen, dass sich der Organismus auf eine wiederkehrende Belastung mit freien Radikalen einstellt, indem die Aktivität antioxidativ wirkender Enzyme, zum Beispiel von Superoxiddismutase und Katalase, und die Menge endogener Radikalfänger wie Glutathion erhöht werden. Darüber hinaus weisen einige Autoren auf eine wichtige Signalfunktion von freien Radikalen und reaktiven Metaboliten hin: Der physische Adaptationsprozess zeigt den Trainingseffekt an. Ähnliche Anpassungsphänomene konnten auch für exogen zugeführte Antioxidantien wie Vitamin C und E gezeigt werden, die nach wiederholter körperlicher Belastung vermutlich in einzelnen Kompartimenten des Körpers angereichert werden (32, 34, 35).

 

Zusammenfassend lassen sich für eine Person, die überwiegend in aeroben Sportarten wie Laufen, Radfahren und Schwimmen aktiv ist und extreme Leistungsspitzen vermeidet, folgende Aussagen treffen:

Während der ersten Trainingseinheiten kommt es in verschiedenen Geweben, insbesondere der Skelett- und Herzmuskulatur, zu einer gesteigerten Freisetzung freier Radikale, die lokal zu einer meist temporären Beeinträchtigung einzelner Gewebezellen führen kann.
Der Organismus reagiert auf eine wiederkehrende körperliche Belastung mit einer verbesserten antioxidativen Abwehr, so dass bei den meisten Personen als Nettoeffekt ein niedrigerer oxidativer Stress gemessen wird.
Bisher liegen keine eindeutigen Daten vor, dass sich selbst eine dauerhaft erhöhte Produktion von freien Radikalen negativ auf die Leistungsfähigkeit auswirken würde.
Die mit der Nahrung zugeführten Antioxidantien tragen wesentlich zur Aufrechterhaltung der antioxidativen Abwehr des Körpers bei. Wirksame Plasmaspiegel an Vitaminen und Spurenelementen werden durch eine ausgewogene und vollwertige Ernährung in ausreichender Menge erreicht. Der Einsatz von speziellen Nahrungsergänzungsmitteln ist nicht zwingend erforderlich.
Zahlreiche Messungen an Sportlern haben gezeigt, dass Hydroperoxide nach intensiver sportlicher Betätigung in erhöhter Menge vorliegen. Die Methode der Hydroperoxidmessung gilt als verlässlich und anderen Methoden, zum Beispiel der Bestimmung der Fettsäureoxidation mittels TBARS-Reagenz, überlegen. Für die Apothekenpraxis ergibt sich hieraus, dass Personen kurz vor einer Messung des oxidativen Stresses auf starke körperliche Belastung verzichten sollten, da dies die Messergebnisse nachhaltig beeinflussen kann.

Regelmäßige, nicht zu extreme körperliche Aktivität leistet also einen überaus wichtigen Beitrag zur Gesundheit, der auch mögliche negative Folgen eines temporär erhöhten oxidativen Stresses deutlich überwiegt (32, 34, 36).


Freie Radikale sind Verbindungen, die auf Grund ihres ungepaarten Elektrons chemisch instabil, kurzlebig und hoch reaktiv sind. Sie entreißen anderen Molekülen Elektronen, um in einen stabilen Zustand übergehen zu können, ändern jedoch dadurch deren Eigenschaften, sodass es zu Funktionsstörungen innerhalb der Zelle kommen kann.




Abbildung 1: Entstehung, Entgiftung und Folgen von oxidativem Stress. Endogene und exogene Faktoren führen zur Bildung von hoch reaktiven Superoxidanionen.

Freie Radikale entstehen als Nebenprodukte bei verschiedenen Stoffwechselwegen im Organismus, vor allem bei der Atmungskette in den Mitochondrien (Abbildung 1). Sie erfüllen wichtige Aufgaben in der Immunabwehr, da sie Fremdorganismen, zum Beispiel Bakterien, attackieren.

 

Damit körpereigene Strukturen wie Nukleinsäuren der DNA und RNA, Proteine und besonders ungesättigte Fettsäuren der Membranlipide keinen Schaden nehmen, muss die Zelle sich selbst vor Angriffen von freien Radikalen schützen. Dies übernehmen Radikalfänger. Sie können Elektronen abgeben, dadurch freie Radikale entgiften und sich selbst in einem Kreislauf von Reaktionen regenerieren. Bekannte Radikalfänger sind zum Beispiel die Vitamine C, E und A. Jedoch spielen in der Zelle vor allem antioxidative Enzyme wie Superoxiddismutase, Katalase und Glutathionperoxidasereduktase eine bedeutende Rolle. Diese Enzyme benötigen als Cofaktoren die Spurenelemente Mangan und Selen sowie Kupfer und Eisen.

 

Bei gesunden Personen stehen oxidative und antioxidative Prozesse im Gleichgewicht. Ist dieses zu Gunsten der oxidativen Prozesse verschoben, spricht man von oxidativem Stress.

 

Viele Ursachen, hohe Varianz

 

Alterungsvorgänge und viele Erkrankungen wie Morbus Alzheimer, Krebs, Rheuma, Arteriosklerose und Diabetes mellitus werden zunehmend mit oxidativem Stress in Zusammenhang gebracht. Während im gesunden Stoffwechsel immer wieder ein Gleichgewicht zwischen oxidativen und antioxidativen Prozessen eingestellt werden kann, ist dies bei Erkrankten nicht mehr möglich. Eine Ursache kann das Überschreiten der Kapazität der antioxidativen Enzyme sein, eine andere die verringerte Aktivität dieser Enzyme. In jedem Fall resultiert eine Zunahme von reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS und RNS) sowie freien Radikalen: In der Zelle entsteht oxidativer Stress.

 

In Geweben wie Gehirn und Muskeln, die einen besonders hohen Sauerstoffverbrauch haben, werden besonders große Mengen an ROS gebildet. Da die Entgiftungsmechanismen nicht zu 100 Prozent arbeiten, findet kontinuierlich eine geringe oxidative Schädigung statt. Diese antioxidative Lücke führt besonders in ausdifferenzierten Geweben im Lauf des Lebens zu kumulativen Schäden und trägt damit zu Altersdefiziten bei.

 

Der Grundumsatz und der damit verbundene Sauerstoffverbrauch sowie die Aktivität der ROS entgiftenden Enzyme unterscheiden sich interindividuell deutlich. Dies gilt auch für die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies und deren Entgiftung. Darüber hinaus spielt die sehr stark variierende Aufnahme von Antioxidantien mit der Nahrung eine Rolle. So wird ein Großteil der gesundheitlichen Vorteile einer mediterranen Ernährung mit der höheren Zufuhr pflanzlicher Antioxidantien und der damit verbundenen Reduktion von oxidativem Stress erklärt (1).

 

Insgesamt stellt sich das Fließgleichgewicht zwischen oxidativen und antioxidativen Prozessen sehr komplex dar (Abbildung 2). Um trotz der interindividuellen Variabilität Aussagen zur generellen Effektivität von antioxidativen Schutzsystemen treffen zu können, versucht man, den so genannten oxidativen Status (Oxi-Status, OxiS) eines Menschen zu charakterisieren. Dieser lässt sich anhand verschiedener Parameter, zum Beispiel Enzymaktivitäten, Metaboliten der Lipidperoxidation oder Stoffwechselprodukten, die durch Schädigung von Proteinen oder DNA vermehrt auftreten, abschätzen (2).




Abbildung 2: Endogene und exogene Schutzmechanismen, die vor oxidativem Stress (ROS) schützen. Wichtigster Bestandteil des komplexen Netzwerks zum Schutz des Organismus sind antioxidativ wirkende Enzyme, zum Beispiel Katalase und Superoxiddismutase (SOD). Diese Wirkung wird von zahlreichen Nahrungsfaktoren, zum Beispiel Selen-abhängigen, ROS metabolisierenden Enzymen und Flavonoiden, unterstützt. Können ROS nicht ausreichend entgiftet werden, werden Biomoleküle geschädigt. Dies trägt letztlich zur Entstehung zahlreicher Erkrankungen bei.

Diese Methoden sind größtenteils wissenschaftlich sehr gut etabliert, aber in der Regel ungeeignet, um in der Apotheke schnell einen validen Messwert für den Oxi-Status eines Patienten zu erhalten. Daher wurden in den letzten Jahren neue Messmethoden und -geräte entwickelt.

 

Oxi-Bestimmung in der Apotheke

 

Um den Oxi-Status in der Apotheke messen zu können, bedarf es neben geschultem Personal einer validierten Methode, die bei leichter Gewinnung des Probenmaterials ein schnelles und sicheres Ergebnis liefert. Zahlreiche Apotheken bieten inzwischen Schnelltests zur Bestimmung von Hydroperoxiden in Kapillarblut an. Dabei wird wie bei einer Blutzuckerbestimmung Blut durch Punktion der Fingerbeere gewonnen, mit Hilfe einer Kapillare aufgenommen und in einem pH-sauren Puffer ausgeschüttelt. Die durch Lipidperoxidationsprozesse entstandenen langlebigen Hydroperoxide reagieren mit im Puffer enthaltenen Übergangsmetallen zu Alkoxyl- und Peroxylradikalen (Fenton-Reaktion). Letztere entreißen einem Chromogen, das dabei zu einem stabilen Radikalkation reagiert, Elektronen (3). Das farbige Reaktionsprodukt wird photometrisch bestimmt. Im Linearitätsbereich der Methode ist die gemessene Farbstoffmenge direkt proportional zu den im Blut vorhandenen Hydroperoxiden (4).

 

Die Hydroperoxide im Kapillarblut gelten auch als Surrogatparameter zur Überwachung von Pharmakotherapien oder einer Antioxidantien-Supplementierung (5-10). Bis messbare Effekte auf erhöhte Hydroperoxidwerte eintreten, scheint eine lange Einnahmedauer von deutlich mehr als vier Wochen notwendig zu sein (11).

 

Für die Messung in Apotheken sind im Wesentlichen zwei Geräte italienischer Hersteller auf dem Markt. Diese Geräte werden auch im Rahmen des so genannten OXI-Programms von Apotheken, die sich im Netzwerk Patientenkompetenz zusammengeschlossen haben, benutzt (siehe Kasten. Bei den am Netzwerk beteiligten Apothekern tauchte immer wieder die Frage nach der Vergleichbarkeit beider Gerätetypen auf (12, 13).


Datenbank des Netzwerks Patientenkompetenz

Das Netzwerk Patientenkompetenz ist ein unabhängiger Zusammenschluss von mehr als 490 Apotheken, Arztpraxen und Kliniken und wird von der Wissenschaftlichen Gesellschaft zur Förderung der Patientenkompetenz e. V. (WGP) in Freiburg geleitet. Ziel ist es, durch Fortbildungen und Forschungsprogramme die evidenzbasierte Beratung von Kunden und Patienten vor allem zu komplementärmedizinischen Mitteln zu verbessern.

 

Die Einnahme von Mikronährstoffen als Ergänzung der medizinischen Therapie spielt eine große Rolle im Selbsthilfekonzept der meisten chronisch kranken Menschen, aber auch in der Krankheitsprävention bei Gesunden. Für die Vielzahl von antioxidantienhaltigen Präparaten, die in Form von Nahrungsergänzungsmitteln oder ergänzenden bilanzierten Diäten verkauft werden, ist kein Wirksamkeitsnachweis erforderlich. Jedoch fragen immer mehr Kunden, ob die Supplemente über das subjektive Empfinden hinaus auch eine messbare Wirkung zeigen.

 

Bisher wurden Effekte auf klinische oder Laborparameter nur in wenigen publizierten Untersuchungen für einzelne Präparate gezeigt. Das OXI-Programm des Netzwerks Patientenkompetenz hat deshalb im Februar 2006 in einer Umfrage unter den Netzwerkapotheken die am meisten verkauften antioxidantienhaltigen Präparate ermittelt. Ab sofort sammelt es anonymisiert Verlaufsmessungen des Hydroperoxidspiegels (vor und nach achtwöchiger Einnahme) bei Apothekenkunden, die diese Präparate (Mono- und Kombiprodukte) einnehmen, in einer zentralen Datenbank. Wenn nach Adjustierung der Daten für relevante Covariablen signifikante Effekte auf den Hydroperoxidspiegel durch die Supplementierung messbar sind, lassen sich firmenunabhängige Aussagen über die Wirksamkeit eines Präparats auf diesen Marker für oxidativen Stress machen.

 

Das Netzwerk Patientenkompetenz bittet alle Apotheken, die bereits Messungen mit den beschriebenen Geräten anbieten oder dies vorhaben, sich an dieser Feldstudie zu beteiligen. Durch die Teilnahme am OXI-Programm können sie kostenlos Mitglied im Netzwerk werden und dessen Vorteile (Hotline bei schwierigen Kundenfragen, Newsletter zu neuesten Studienergebnissen, reduzierte Teilnahmegebühren bei zertifizierten Fortbildungen) in Anspruch nehmen.

 

Weitere Informationen bei der WGP, Telefon (07 61) 70386-76, Fax -75, E-Mail: info(at)patientenkomptenz.org, Stichwort: OXI-Programm.


Messgeräte im direkten Vergleich

 

Um zu überprüfen, ob beide Messgeräte mit den jeweiligen Testkits vergleichbare Ergebnisse liefern, wurde die Anwendungsbeobachtung Frankfurter Oxistatus-Bestimmungsmethoden (FOxiStaB) initiiert. In der Studie wurden die Geräte FRAS (Free Radical Analytical System) der Firma Euromedix IB, Heusenstamm, und FORM (Free Oxygen Radicals Monitor) der Firma Micro-Medical GmbH, Königstein, verglichen. Weiterhin wurde untersucht, ob die gemessenen Hydroperoxidwerte mit anderen Indikatoren des oxidativen Stresses korrelieren und welchen Einfluss das Geschlecht der Probanden auf die Werte hat.

 

In die Anwendungsbeobachtung wurden 20 gesunde Männer und 28 gesunde Frauen im Alter von 21 bis 58 Jahren eingeschlossen. Sie spendeten innerhalb von vier Wochen an drei Tagen Kapillarblut und gaben an einem Tag Morgenurin ab. Zudem füllte jeder Teilnehmer einen Fragebogen aus, der Rückschlüsse auf Alter, Gewicht, Geschlecht, Größe, Ernährung, Tabak- und Alkoholkonsum, Medikamenteneinnahme und Zyklustag zuließ.

 

Neben den Hydroperoxiden im Kapillarblut wurde im EDTA-Kapillarplasma der Gehalt an Malondialdehyd (MDA), einem Endprodukt der Lipidperoxidation, gemessen. Das verwendete MDA-Testkit der Firma Calbiochem wurde für die eingesetzten kleinen Volumina modifiziert.

 

Mittels ELISA-Methoden wurden dann im Urin F2α-Isoprostaglandin (8-iso-PGF2α) als weiterer Lipidperoxidationsmarker und 8-OH-2-Desoxyguanosin (8-OH-2dG), ein Indikator für oxidative DNA-Schädigung, gemessen.

 

Messergebnisse stimmen überein

 

Beide Messgeräte lieferten nahezu identische Ergebnisse. Die für das Gesamtkollektiv bestimmten mittleren Hydroperoxidwerte unterschieden sich nur marginal (siehe Tabelle). Die Variationskoeffizienten lagen mit unter 30 Prozent im Bereich der für biologische Messungen üblichen Streuung. Die Einzelwerte der beiden Messgeräte korrelierten hoch signifikant. Die relativen Variationskoeffizienten der jeweiligen Doppelbestimmungen waren bei beiden Messgeräten niedrig und lagen bei 3,2 ± 3,9 Prozent für das FORM-Gerät und 2,7 ± 2,4 Prozent für das FRAS-Gerät. Die niedrigen Variationskoeffizienten zeigen präzise Messverfahren an.


Tabelle: Die getesteten Messgeräte zur Bestimmung von Hydroperoxiden in Kapillarblut liefern identische Ergebnisse

Parameter FORM FRAS 
Probenwerte, Bereich 202,0 bis 592 231,5 bis 607,5 
Probenmittelwert ± Standardabweichung 371,9 ± 106,5 389,3 ± 102,5 
relativer Variationskoeffizient (in Prozent) 28,64 26,32 
Anzahl der gemessenen Proben 137 137 

In der Untersuchung wurden auch die von den Firmen angebotenen preisgünstigeren Geräte FRAS-Smart und FORMOx getestet. Die Messwerte korrelierten signifikant sowohl zwischen den Messgeräten FORM und FORMOx (r2=0,9606, p<0,001, n=9) als auch zwischen den Geräten FRAS und FRAS-Smart (r2=0,9560, p<0,001, n=9).

 

Intraindividuelle Schwankungen innerhalb des vierwöchigen Messzeitraums waren sehr gering, das heißt, die Hydroperoxidwerte waren bei den Probanden individuell recht konstant. Stärkere Schwankungen konnten mit Hilfe der Daten aus dem Fragebogen auf Erkältungen oder akute Entzündungen zurückgeführt werden. Dies ist besonders wichtig, da nur unter dieser Voraussetzung eine vergleichende Messung bei einem Patienten, zum Beispiel vor und nach Langzeiteinnahme eines Antioxidans, sinnvoll ist.

 

Der Vergleich der Hydroperoxidwerte mit anderen Markern des oxidativen Stresses ergab, dass die im Kapillarblut gemessenen Hydroperoxidwerte beider Messgeräte mit den 8-iso-PGF2α-Werten aus dem Urin (r2=0,1296, p<0,001), aber nicht mit den MDA-Werten aus Kapillarplasma (r2=0,001628, p=0,7786) korrelierten. Für den Marker der DNA-Schädigung 8-OH-2dG ergab sich keine Korrelation (r2=0,002, p=0,682).

 

Höhere Werte bei Frauen

 

Die Analyse der Messwerte zeigte einen deutlichen Geschlechtsunterschied bei allen Parametern der Lipidperoxidation. Im Vergleich zu Männern wies Kapillarblut von Frauen signifikant höhere Hydroperoxidwerte auf. Dieser Effekt war für Frauen, die hormonelle Kontrazeptiva einnahmen, noch stärker. Auch die 8-iso-PGF2α-Werte waren im Urin von Frauen signifikant höher. Frauen und Männer unterschieden sich jedoch nicht in den 8-OH-2dG- oder den MDA-Werten.

 

Die beiden Hersteller geben die Hydroperoxidwerte in definierten Wasserstoffperoxid-Äquivalenten an, denen sie eine Einheit zuordnen. Die Messgeräte der Firma Micro-Medical zeigen die Ergebnisse in FORT-Einheiten an; die Geräte der Firma Euromedix messen in Carratelli-Units (Carr.-U.). Unabhängig von der angegebenen Einheit lieferten beide Messgeräte unter Laborbedingungen nahezu gleiche Ergebnisse. FORT- und Carr.-U.-Werte waren hoch signifikant miteinander korreliert (r2=0,9676, p<0,001).

 

Auch eine frühere Untersuchung beider Geräte ergab eine hoch signifikante Korrelation (r2=0,73, p<0,001) der simultan gemessenen FORT- und Carr.-U.-Werte (14). Allerdings berichteten Dossett und Arends von deutlichen Unterschieden der relativen Variationskoeffizienten: 3,1 ± 3,4 Prozent für das FORM-Gerät sowie 10,1 ± 13,0 Prozent für das FRAS-Gerät. In unserer Arbeit lagen die relativen Variationskoeffizienten bei beiden Geräten bei etwa 3 Prozent. Als Erklärung für diese Diskrepanz bieten sich Unterschiede in den jeweiligen Probenmaterialien an. Dossett und Arends haben nicht weiter definierte Serumproben von Tumorpatienten vermessen. Diese »Restblutproben« wiesen mittlere Hydroperoxidwerte von 125 Fort beziehungsweise 153 Carr.-U. auf, die weit unter allen bisher publizierten Literaturangaben für Hydroperoxide im Blut liegen.

 

Bei einem Vergleich des FRAS-Tests mit dem Peroxid-Aktivitätstest (Pox-Act) fanden andere Autoren eine signifikante Korrelation zwischen den Carr.-U.- und den Pox-Act-Werten (15). Im Gegensatz zum FRAS-Test findet im Reaktionsansatz des Pox-Act-Tests keine Fenton-Reaktion mit Übergangsmetallen statt. Die Autoren führen kritisch an, dass Messmethoden, die auf der Initiation einer Radikalkettenreaktion beruhen, letztlich auch Radikale erfassen könnten, die originär nicht in der Probe vorhanden waren. Der mit dem FRAS- oder FORM-Gerät gemessene Gehalt an Hydroperoxiden hängt demnach auch von der Menge des oxidierbaren Substrats, zum Beispiel ungesättigten Fettsäuren oder Proteinen, in der Blutprobe ab (15).

 

Gute Handhabung in der Apotheke

 

Die Handhabung beider Geräte und Testkits ist vergleichbar. Der wesentliche Unterschied liegt in der Darreichung des Chromogens.

 

Das Testkit der Firma Euromedix enthält eine Chromogenlösung mit dem Farbstoff N,N-Diethylparaphenylendiamin, die dem Untersuchungsansatz zugetropft werden muss. Das Reagenz muss im Kühlschrank gelagert werden. Im Testkit der Firma Micro-Medical liegt das Chromogen 4-Amino-N-Ethyl-N-Isopropylanilinhydrochlorid in den mitgelieferten Messküvetten als Lyophilisat vor. Diese müssen laut Herstellerangaben nicht gekühlt werden. Unterschiede in der Größe des zugesetzten Chromogentropfens erscheinen eher vernachlässigbar, da das Reagenz im Überschuss zugegeben wird. In unserer Untersuchungen haben wir Proben mit 20, 40 und 80 µl Chromogen versetzt, was in etwa der halben, der ganzen und der doppelten Zugabemenge entspricht. Unterschiede in den Messwerten waren nicht festzustellen. Mittlerweile wird auch das FRAS-Gerät mit einem bei Zimmertemperatur lagerbaren trockenchemischen Testkit angeboten.

 

Außerhalb des Normbereichs

 

In der Literatur finden sich unterschiedliche Normalwertbereiche für Hydroperoxide von 237 bis 312 Carr.-U. Innerhalb dieser Spanne liegt auch der mittlere Wert von 271 ± 15,2 Carr.-U. (Mittelwert ± Standardabweichung), der anhand des bisher größten publizierten Kollektivs von 4547 italienischen Probanden ermittelt wurde (16).

 

Die bei unseren Freiwilligen festgestellten mittleren Hydroperoxidwerte von 371 ± 106,5 Fort (202 bis 592) sowie 389,3 ± 102,5 Carr.-U. (232 bis 608) lagen deutlich über den Normbereichen, die von den Herstellern angegeben werden. Sie korrespondieren jedoch in etwa mit dem Mittelwert aller von Apotheken des Netzwerks Patientenkompetenz gemeldeten Daten. Auch bei einer weiteren deutschen Studie mit 104 Gesunden lag der ermittelte Wertebereich über den oben genannten Normalbereichen (17). Die Zuordnung der Messwerte in die von den beiden Herstellern angegebenen Oxi-Status-Bereiche stimmte bei zwei Dritteln der Probanden überein.

 

Die höheren Messwerte bei unseren Probanden gegenüber dem italienischen Kollektiv lassen sich möglicherweise mit der im Fragebogen angegebenen niedrigen alimentären Antioxidantienzufuhr erklären. Die mittlere Obst- und Gemüsezufuhr lag bei 2,6 ± 1,4 Portionen/Tag und liegt damit deutlich niedriger als bei den Italienern (18).

 

Geschlechtsunterschiede

 

Zahlreiche Veröffentlichungen berichten von geschlechtsspezifischen Unterschieden bei Biomarkern, die oxidativen Stress anzeigen. Allerdings ist unklar, ob Männer oder Frauen einen höheren oxidativen Stress aufweisen (7, 19, 20).

 

In unserer Studie hatten Frauen bezüglich der Surrogatparameter der Lipidperoxidation, Hydroperoxide und 8-iso-PGF2α,im Vergleich zu Männern signifikant höhere Werte. Im Einklang mit Arends und Mitarbeitern weist Kapillarblut von Frauen generell höhere Hydroperoxidwerte auf (17). Dieser Effekt war bei Frauen, die hormonelle Kontrazeptiva einnahmen, noch stärker ausgeprägt, was durch frühere Befunde bestätigt wird (11, 16). Im Gegensatz dazu fanden andere Autoren mit elektrochemischer Messung eine geringere Peroxidbildung im Plasma von Frauen (21).

 

In unserer Untersuchung wies Morgenurin von Frauen signifikant höhere Werte von 8-iso-PGF2α auf. Andere Autoren fanden im 24-Stunden-Sammelurin bei diesem Parameter keinen Unterschied zwischen Männern und Frauen (19). Es gibt aber auch Berichte über signifikant niedrigere 8-iso-PGF2α-Spiegel im Urin von Frauen (7). Jedoch wurden nur Frauen mit normalem Zyklus und ohne hormonelle Kontrazeptiva untersucht und die Bestimmung erfolgte nur zwischen dem 7. und 14. Zyklustag.

 

Zur Beurteilung, ob die von uns festgestellten Unterschiede möglicherweise klinische Relevanz haben, ist festzuhalten, dass alle in der FOxiStaB-Studie gemessenen 8-iso-PGF2α-Werte innerhalb des klinischen Normbereichs von 0,8 bis 8 nmol/mmol Kreatinin lagen (Kreatinin als Parameter für die renale Clearance). Es gibt deutliche Hinweise in der Literatur, dass bei Frauen die natürlichen Abwehrmechanismen gegen oxidativen Stress stärker ausgeprägt sind. So wurde im Serum eine signifikant höhere Aktivität der antioxidativen Enzyme Glutathionperoxiddase (GPx) und Glutathion-S-Transferase (GST) festgestellt (22-24). Bei Frauen mit normalem Zyklus beeinflussten weder die Plasmaspiegel von Progesteron noch von 17β-Estradiol die GPx- oder die GST-Aktivität (25). Allerdings weisen Blutproben von Frauen mit geringen Estradiolgehalten eine signifikant niedrigere Aktivität der erythrozytären Superoxiddismutase (SOD) auf (25).

 

Estrogen könnte sowohl pro- als auch antioxidative Mechanismen fördern (26-29). In der FOxiStaB-Studie wurde bei Frauen kein Zusammenhang zwischen dem weiblichen Zyklus und den Hydroperoxidspiegeln gefunden. Um zu testen, ob Ethinylestradiol pro- oder antioxidative Eigenschaften zeigt, wurde Kapillarplasma von Frauen, die keine hormonellen Kontrazeptiva einnehmen, in vitro mit plasmarelevanten Estradiolkonzentrationen (100 bis 300 pg/ml Blut) inkubiert. In diesen Proben nahmen die antioxidative Kapazität zu und die Hydroperoxidwerte ab. Dies lässt darauf schließen, dass Estrogen per se nicht für die erhöhten Hydroperoxidwerte im Kapillarblut von Pillenanwenderinnen verantwortlich ist. Inwieweit Estradiol-Metabolite oder durch die hormonelle Behandlung ausgelöste biochemische Mechanismen eine Rolle spielen, müssen zukünftige Untersuchungen klären.

 

Fazit

 

Die in der FOxiStaB-Studie getesteten Geräte lieferten bei vergleichbaren Variationskoeffizienten identische Messwerte und korrelierten hoch signifikant miteinander. Sie eignen sich für den Einsatz in der Apotheke.
Die gemessenen Hydroperoxide korrelierten signifikant mit der 8-iso-PGF2α-Konzentration im Urin, einem anderen Surrogatparameter für oxidativen Stress, nicht jedoch mit Malondialdehyd als Endprodukt der Lipidperoxidation, und 8-OH-2dG, das ein Marker für oxidative DNA-Schäden ist.
Frauen wiesen signifikant höhere Hydroperoxidkonzentrationen als Männer auf, zeigten jedoch keine höhere DNA-Schädigung (gemessen als 8-OH-2dG).

 

Dies bedeutet, dass die alleinige Bestimmung der Hydroperoxidwerte noch keine Aussage über ein erhöhtes Risiko der Zellschädigung durch Radikale erlaubt. Die Interpretation der Werte hinsichtlich ihrer klinischen Relevanz muss weiter untersucht werden. Für eine interindividuelle Bewertung sollte der Normalbereich auf den bei deutschen Kollektiven gemessenen Mittelwert plus zwei Standardabweichungen angepasst werden.

 

Die hohe intraindividuelle Stabilität des Hydroperoxidwerts ermöglicht den Einsatz der Geräte für Verlaufsmessungen. Damit könnte man zum Beispiel den Einfluss einer Antioxidantien-Supplementierung auf diesen Parameter für oxidativen Stress kontrollieren.


Literatur

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Das GIMSA-Programm (Gezielte individualisierte Mikronährstoff-Supplementierung nach Analytik) als Ergänzung des OXI-Programms wird hier vorgestellt.

Die Autoren

Gunter P. Eckert ist Lebensmittelchemiker, Umwelttoxikologe und Fachpharmakologe DGPT und wurde bei Professor Müller in Frankfurt promoviert. Nach Forschungsaufenthalten in Brasilien und den USA beschäftigt sich Dr. Eckert im Rahmen seiner Habilitationsarbeit mit Hirnalterungsvorgängen und neuroprotektiven Mechanismen. Er ist als Akademischer Rat am Pharmakologischen Institut für Naturwissenschaftler der Universität Frankfurt tätig.

 

Tanja Wegat studierte Pharmazie an der Freien Universität Berlin. Am Pharmakologischen Institut für Naturwissenschaftler, Frankfurt, arbeitete sie zunächst an Messmethoden von oxidativem Stress bei gesunden Probanden. Im Rahmen ihrer Promotion befasst sie sich mit der Alzheimer-Demenz und oxidativen Prozessen, die mit mitochondrialer Dysfunktion einhergehen.

 

Sebastian Schaffer studierte Ernährungswissenschaften in Gießen und verbrachte mehrere Forschungsaufenthalte am Internationalen Reisforschungsinstitut (IRRI) auf den Philippinen. 2002 wechselte er in die Arbeitsgruppe von Professor Müller und erforscht im Rahmen seiner Promotion zellprotektive Wirkungen von Flavonoiden und Extrakten mediterraner Nahrungspflanzen.

 

Steffen Theobald studierte Ökotrophologie in Gießen und Wien. Von 2000 bis 2003 entwickelte er ein Ernährungs-Trainingsprogramm für Reha-Patientinnen in der Klinik für Tumorbiologie in Freiburg. Viele Apotheker kennen ihn als Referenten und Organisator der von ADEXA zusammen mit der Klinik initiierten Fortbildungsseminare für Ärzte und Apotheker. Als Geschäftsführer der Wissenschaftlichen Gesellschaft zur Förderung der Patientenkompetenz e. V. leitet er seit 2005 das Netzwerk Patientenkompetenz.

 

Walter E. Müller studierte Pharmazie und beendete seine Ausbildung zum Fachpharmakologen in Mainz und an der Johns Hopkins University, Baltimore. 1980 habilitierte er sich für das Fach Pharmakologie und Toxikologie in Mainz. Seit 1983 leitete Professor Müller das Psychopharmakologische Labor am Zentralinstitut für Seelische Gesundheit in Mannheim und wurde dort 1989 zum Professor für Psychopharmakologie und Abteilungsleiter berufen. Seit 1997 ist er als Ordinarius und Direktor des Pharmakologischen Instituts für Naturwissenschaftler am Biozentrum der Universität Frankfurt am Main tätig.

 

 

 

Anschriften der Verfasser:

Dr. Gunter P. Eckert, Tanja Wegat, Sebastian Schaffer und Professor Dr. Walter E. Müller

Pharmakologisches Institut für Naturwissenschaftler

Universität Frankfurt

Max-von-Laue-Straße 9

60438 Frankfurt am Main

g.p.eckert(at)em.uni-frankfurt.de

 

Steffen Theobald

Wissenschaftliche Gesellschaft zur Förderung der Patientenkompetenz

Talstraße 1

79102 Freiburg

s.theobald(at)patientenkompetenz.org


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Außerdem in dieser Ausgabe...

Beitrag erschienen in Ausgabe 24/2006

 

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