00 Manuskript oxStress Kap 1 bis 3 - ralf-kollinger.de · Die Mitochondrien der Zelle generieren...

Manuskript zum

SEMINAR OXIDATIVER STRESS

DIAGNOSTIK- & THERAPIE- ANSÄTZE

Univ.Prof. Mag. Dr. Joachim Greilberger Magister Dr. Peter Moser, MBA

November 2011

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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

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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 3

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

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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.

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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.

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Übersicht einiger oxidativer Stressparameter

Oxidative Stressparameter Auswahl

Carbonylproteine (CP)

Atherogenes LDL (oxLDL)

8-Hydroxydesoxyguanosin (8-OHdG)

Glutathion Peroxidase Aktivität (GPx

Glutathion S Transferase Aktivität

4-Hydroxy-nonenal (HNE)

Malondialdehyd (MDA)

Glutationparameter (GSH, GSSG, GSHges., GSH/GSSG

w eitere Parameter

OXIDATIVERSTRESS

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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”

Zur Verdeutlichung der Definition sind hier die wichtigsten Einflüsse auf den menschlichen Körper angeführt

Gegenüberstellung Antioxidantien - Oxidantien

Ò Antioxidantien É Enzymatische

Ð Vitamine

Ð Spurenelemente

É nicht enzymatisch regulierte Systeme:

Ð Vitamine E, C

Ð Glutathion

Ò Oxidantien É Strahlung

É Gifte (Metalle, Pestizide, Partikel, Medikamente, uvm...)

É Radikale (freie Radikale + RONS)

É Ozon

OXIDATIVER STRESS =

DYSBALANCE ZUGUNSTEN DER OXIDANTIEN vs. ANTIOXIDANTIEN

(EXOGEN bzw. ENDOGEN)

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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”

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”

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.)

Als freie Radikale bezeichnet man Atome oder Moleküle

mit mindestens einem oder mehreren ungepaarten Elektronen, die besonders reaktionsfreudig sind

Reaktive Sauerstoff- und Stickstoff Spezies (RONS) sind langlebigere schädliche Substanzen, die aufgrund von freien

Radikalen gebildet werden

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Überblick über freie Radikale und RONS

Chemische Reagenzien OH*-, O2

*- , H2O2, HOCl, HOBr, 1O2, ONOO [(NO* + O2

*- bzw. NO2* + OH*])

Aktivierte Phagozytose (oxidative burst activity)

Freie Metalle, wie Fe2+, Cu1+, γ-Strahlung in Gegenwart von O2 UV Licht, Ozon Lipid Peroxidation (HNE, MDA, acrolein)

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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

Wie 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

2 O2 + 4 e-

2 H2O + ATP

(2 e-)

X ·(NAD+ + 2 H+) Enzymkomplex I

Enzymkomplex II

Enzymkomplex III

Ubichinon Q10

Enzymkomplex IV

RONS

Enzymkomplex V

RONS

X ·2 H+)

O2 + 4 e- à 2O- + 2e-

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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.

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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

Wie aus der Abbildung zu sehen ist spielt das a-Ketoglutarat eine entscheidende Rolle.

X

X

X

RONS

↑HIFα

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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 kann sowohl intrazellulär als auch extrazellulär sein.

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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

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 Hypoxie: Sauerstoffarmut É O2 < H2

-> 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

Ò Hyperoxygenie: Sauerstoffüberschuss

É O2 > H2 -> 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)

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Zusammenfassung zu mitochondrialen oxidativen Stress

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 Aktivierung der Hämoglobinsynthese

Ð Rückkoppelungsmechanismus über Pyruvatdehydrogenase zu aktiviertem Acetyl-CoA

Ð Energiegewinnung über Laktatzyklus (geringere Energieausbeute)

Ð HIfα Regulation: Caspase 3 Aktivität, Zelltod (Apoptose)

Mitochontrialer (Oxidativer) Stress

=

SAUERSTOFFARMUT

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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 ….

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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

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Übersicht der Substanzen und ihrer Wirkung

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

Ò Natürlicher regulative Eigenschaften von Radikalen, RONS und daraus modifizierten Naturstoffe: É NO• (vaso-relaxierende Wirkung, antibakterielle

Wirkung)

É Singlett-1O2, OH•, O2-• (Immunabwehr)

É H2O2, ONOO- (Makrophagen, Phagozytose)

É Oxidierte Proteine bzw. Aminosäuren

É Nitrierte Proteine bzw. Aminosäuren

É Modifizierte Kohlenhydrate

É Modifizierte Nukleotide, Nukleoside

É Modifizierte Fette (Fettsäuren, Lipoproteine, Lipide

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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).

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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

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 (β- Carotin, Lycopin) und Gluthation.

Diätetische Antioxidantien sind Verbindungen in einem Lebensmittel, die signifikant die Effekte von reaktiven Substanzen vermindern.

Abwehr oxidativen Stresses im Körper

• ENDOGEN Superoxid-Dismutase (SOD), Gluthation- Peroxidase (GPx), Catalase (CAT)

• EXOGEN Bioflavonoide, Carotinoide, Tocopherol, Ascorbinsäure

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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-Spin-Resonanz- 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

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 Gluthation- Reduktase stellt eine weitere Gruppe von Messparameter dar.

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

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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)

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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

N

N N

N+

O

CH3

NO2

N

NN

N+

O

CH3

NO2

N

N NH

N

O

CH3

NO2

N

NNH

N

O

CH3

NO2

Superoxid-Nachweis

Nitroblau-Tetrazolium

Formazan

O2-

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.

Haber-Weiss- Reaktion

H2O2 + •O2- O2 + •OH + OH-

Nicht messbar

Fenton-Reaktion

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + •OH + OH-

Fe3+ + H2O2 Fe2+ + •O2- + 2 H+

2 H2O2 O2 + 2 H2O

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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

•NO + O2•- ONOO-

NO3-

CO2 O N O O CO-

O

ONOOH

•OH + •NO2

H+

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• Ascorbat

NADH + H+ NAD+

Dehydroascorbat Ascorbat

2 GSH GSSG

Nicht messbar

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b) Messbare Auswirkungen

Superoxid-Dismutase (SOD)

Ein Messparameter der verbunden ist mit der zuvor nicht messbaren Superoxid-Entstehung ist die Superoxid-Dismutase Aktivität.

Katalase

SOD (Superoxid-Dismutase) Aktivität

2 O2•- + 2 H+ D H2O2 + O2

Spezifisch für Superoxid

Sehr effizient

Cu/Zn-SOD (Plasma)

Mn-SOD (Mitochondrien) messbar

Katalase

2 H2O2 D 2 H2O + O2

Unspezifisch

Hämprotein (Fe)

Intrazellulär in Peroxisomen lokalisiert

außer in Erythrozyten

messbar

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Glutathionperoxidase

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

O

OH

OHO

HO

OH

O

OH

OHO

O

OH

O

O

OHO

O

OH

pK1 = 4.1 pK2 = 11.8

AscH2 AscH- Asc2-

99.5 % bei pH 7.4

messbar

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

Seite 28

Vitamin E

O

CH3

HO

H3C

CH3CH3 HH3C H3C H CH3

CH3

R,R,R-α-Tocopherol

O

CH3

O

H3C

CH3CH3

R

Tocopheryl-Radikal

O

CH3

O

H3C

CH3CH3

R

Tocopheryl-Chinon

.

messbar

Seite 29

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“

Dabei kann die Entstehung der geschädigten Proteine von unterschiedlichsten Einflüssen ausgehen.

Einflüsse zur Entstehung von Carbonyl-Proteinen

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.

É Chemische Reagentien (H2O2, Fe2

+, Cu1+, Glutathione, HOCl, HOBr, 1O2, ONOO-)

É Aktivierte Phagocytes (oxidative burst activity) OH•

É γ-Strahlung in Gegenwart von O2

É UV Licht, Ozon

É Lipidperoxide (4-Hydroxynonenal, Malondialdehyd, Acrolein)

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Anwendung und Vorteile des CP-Wertes

Die Messung der Carbonylproteine (CP) als Messung für oxidierte Proteine (intra- bzw. extrazellulär) ist ein enorm wichtiger Parameter für Therapieverläufe.

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.

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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

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.

N

N

O

H2N

HN N

N O

H

H

N

N

O

H2N

HN N

N OHH

N

NH

HHN

N

OH2N

NN

O

H

H

HH

H

N

NN

Ad en in e

8 OH-Gu a (en ol) 8 oxo-Gu a (k eto)

Ba s ep a ir s

A T

G C8 OHdG A

8 OH-Gu a

8 -h yd roxygu a n in e

Falsche Ablesungvon 8-OHdGuakann zur Mutationführen:

GC→AT.

-

1'4'3'

2'

NH

N

O

NH2

1

87

6

234

5

9

N

NO

O

P O CH2 OO

PO

O

O

O CH2

-

4

53

2 61

CH3

O

O N

HN

1'4'3'

2'

O

OH

Radikale attackieren „Hot Spots“ an der DNA, bzw. RNA. a.) Kohlenhydrat: C4´ und C5´ b.) Basen: I.) Purine (C4,C5,C6) II.) Pyrimidine (C5,C6, + CH3 des Thymins)

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e) Messparameter aus Reaktionen und Schutzmechanismen von zellulären Schäden

GPx

H2O + O2

HOCl

ONOO-

H+

Cit

O2• - H2O2

•OH Hydroxylierung

ONOOH H+

Arg

•NO

Prostaglandin-Synthese (COX, LOX) Immunsystem (NADPH-Oxidase) Ischämie/Reperfusion (XOD) Xenobiotika (CytP450)

NOS

SOD

Cat GPx

Fe, Cu

NO2 Nitrierung

Chlorierung

MPO

O2

NO2-, NO3

-

+ O2• -

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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 sich auf Prozesse des Antioxidativen Netzwerkes des Körpers.

MDA, HNE

Um die Antioxidativen Prozesse der Metall oder Enzyme Entradikalisierung messbar zu machen, wird auf die Parameter MDA und HNE zurückgegriffen.

Wobei folgendes dargestellt ist:

L•

L•

LH = Mehrfach ungesättigte Fettsäuren LOO• = Lipidperoxidradikal LOOH = Lipidhydroperoxid GPx = Glutathionperoxidase L• = Lipidradikal AOO• = Alkylperoxidradikal

LH

O2

LOH

LOOH

LOO•

LOOH

Initiation Propagation Propagation

Metalle oder Enzyme

LH

AOO•

O2

LOO•

LOO•

LH

O2

LOOH

LOH

GPx GPx

HNE, MDA

Antioxidantien-Netzwerk Metall- und Enzymradikale

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GSH, GSSG

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-S-Transferase (GST) gesteuert wird, welche selbst H2O2 produziert und somit die Regulation von GSH beeinflusst um Apoptose und eine Tumorzellenproliferation verhindert.

Antioxidantien-Netzwerk Lipidperoxidradikale

LOO•, LO•

LOOH, LOH

Toc

Toc•. AscH

Asc•.

Ubichinol

Ubichinon

GSH

GSSG

NAD(P)+

NAD(P)H

NADH

NAD+

Toc-Chinon

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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

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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)

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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 Sauerstoff- und 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 (Gesamteiweiß-bestimmung ). 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)

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Beispiele für CP-Werte in der Medizin

P r o t e i n s c häd i g ung be i Me ns c he n mi t un t e r s c h i e d l i c he r E r k r a nk ung

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

ND C a nc e r C D DMT y pe I

B u r nOut

c on t r o l

Typische CP-Werte bei Krankheiten:

ND = Neurodegenerative Erkrankungen

Cancer = Krebs;

CD = Herzkreislauferkrankungen

DM Type I = Diabetes Mellitus Type I

Burn Out = ”Burn Out Syndrom”

control = Normalwert

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

- 1 day beforeELV

afterELV

2h post-operativ

6h post-operativ

12hpost-

operativ

1.daypost.-

operativ

7.daypost-

operativ

carb

onyl

pro

tein

s [p

mol

/mg]

control group

Study group

** * *

* **

Verlauf des oxidativen Stresses anhand der CP-Werte bei Lungenoperationen (Einlungenventilation) mit und ohne präoperative Vorbereitung mittels SANOPAL®

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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???)


Bestimmung:

Referenzbereich: 18 – 400 ng/mL


- Werte unter 18 ng/mL können auf eine erhöhte Immunreaktivität gegen oxLDL hinweisen.

- Werte über 400 ng/mL können auf manifeste Gefäßverkalkungen hinweisen

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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:



Bestimmung:

Referenzbereich:


Seite 41

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:



Bestimmung:

Referenzbereich:


Seite 42

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:



Bestimmung:

Referenzbereich:


Seite 43

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???)


Bestimmung:

Referenzbereich: Referenzwerterläuterung:

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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:



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:


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h) Glutationparameter (GSH, GSSG, GSHges., GSH/GSSG)

Proben:



Bestimmung:

Referenzbereich: Referenzwerterläuterung:

Seite 46

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 Werte deuten auf alte atherosklerotische Ablagerungen hin

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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

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.

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

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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 (β- Carotin, 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 selen-abhängigen GPx.

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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

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3.3 Antioxidative Therapieansätze Um die Therapieansätze bei Antioxidativen Therapien zu verstehen, muss man das Grundprinzip dahinter erläutern.

Wirkprinzip „Antioxidativer Therapien“

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:

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!

Anforderung Substanzeigenschaften: • Oxidantien abbauen

• Energie liefern

• kein Eingriff ins Immunsystem

Seite 51

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.

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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 ATP- Produktion zur Energiegewinnung in der Zelle (CITRAT- oder Zitronensäure-Zyklus)

Citratzyklus + typische Reaktionen als Antioxidans :

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 eine Stickstoffüberlastung (NH4

+) indem sie zu Glutamin abreagiert.

Der gebildet stimulierenden Neurotransmitter Glutamat führt zur enzymatisch kontrollierten Entgiftung von Ammoniak aus dem Gewebe (z.B. zentrales Nervensystem)

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

Seite 53

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 ONOO- indem 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 54

Antioxidative Wirkung der Kombination AKG/5HMF vs. Vitamin C

Bestimmung der Proteinschädigung (Carbonyl-Proteine) einer Serum-Albumin-Lösung durch Zigaretten-Rauch.

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.

Vergleich: Schädigung von Proteinen durch Rauchen

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 2 15 30 60

time [min.]

Prot

eins

chäd

igun

g

BSA - a-KG/HMF BSA + a-KG/HMF BSA + Vit.C

Seite 55

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:

a) Anwendungen von SANOPAL®

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.

Als Posttraumatisches Syndrom bezeichnet man: Metabolischen Veränderungen also Stressreaktionen nach körperlichen Traumata, ausgelöst durch seelische oder/und körperliche Belastungen.

Seite 56

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 wochen- oder 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.

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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

70

80

90

100

110

120

130

140

Kontrollgruppe Studiengruppe

VO2m

ax [%

] (tim

e at

incl

usio

n =

100%

)

vor S upplementation

nach S upplementation

Darstellung 1

**/†

70

80

90

100

110

120

130

140

Kontrollgruppe Studiengruppe

Arbe

it [%

] (tim

e at

incl

usio

n =

100%

)

vor S upplementation

nach S upplementation

**/††

Darstellung 2

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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

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Studienb

eginn

vor E

LV

nach

ELV

Carb

onyl

Pro

tein

e [p

mol

/mg]

KontrollgruppeStudiengruppe

††

* **

Darstellung 3

0

0 ,5

1

1,5

2

2 ,5

3

Studienb

eginn

vor E

LV

nach

ELV

Isop

rost

ane

[pm

ol/m

L]

KontrollgruppeStudiengruppe

**

*

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 59

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 prä- und 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)

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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 vor und nach jeder der insgesamt 4 Etappen abgenommen.

Als Blutparameter wurde die Proteinschädigung (CP) aus kapillarem Blut des Fingers gemessen.

Damit konnte der oxidative Stress durch die Be- bzw. Überlastung im Organismus durch den Sport entstehen gemessen werden.

Einem Teil des Radfahr-Teams stand das Getränk CYL (Kombination von AKG und 5HMF) während der körperlichen Belastung zur Verfügung, dem

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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

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.

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.Abnahme wird mit 100% festgelegt

0,000

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

1.Tagmorgens

3.Tagmorgens

4.Tagmorgens

11.Tagmorgens

Prot

eins

chäd

igun

g [%

]

Anteil der Proteinschädigung von Corratec-Radfahrern zu Beginn (1.Abnahme) und Ende (2.Abnahme). 1.Abnahme wird mit

100% festgelegt.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

+CYL -CYL

Prot

eins

chäd

igun

g (%

)

1.Abnahme

2.Abnahme

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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)

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