Antioxidantien und Oxidantien
Antioxidantien und Oxidantien
Antioxidantien
Antioxidantien sind eine große Gruppe sehr unterschiedlicher Stoffe, die überall zu finden sind. Jede Zelle in einer sauerstoffhaltigen Umgebung – egal ob in einem Menschen, einem Fisch, einer Pflanze, einem Einzeller oder einer Bakterie – enthält Antioxidantien. Sauerstoff ist für die meisten Zellen auf der Erde lebenswichtig, paradoxerweise ist Sauerstoff aber zugleich ein sehr reaktiver Stoff, der Oxidantien bilden kann. Dies sind Stoffe, die leicht andere Stoffe oxidieren, wodurch sie die Funktion dieser Stoffe beeinträchtigen könnte. Dieses Paradoxon wird als „paradox of aerobic life“ – also „das Paradoxon des aeroben1 Lebens“ bezeichnet. In jeder Zelle gibt es deshalb ein antioxidatives Netzwerk von Stoffen, welche die oxidativen Schäden verhindern, hemmen oder reparieren können, die Sauerstoff an Zellbestandteilen verursachen kann.
Antioxidantien zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, dass sie (in relativ geringen Konzentrationen) die durch Oxidantien verursachte Oxidation anderer Moleküle verhindern oder verringern können. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Bildung von Oxidantien verhindert wird oder dass die Oxidantien neutralisiert werden, wodurch sie daran gehindert werden, andere Moleküle zu oxidieren. Eine etwas weiter gefasste Definition von Antioxidantien schließt auch Stoffe ein, welche die durch Oxidantien verursachten Schäden reparieren – z. B. DNA-Reparaturenzyme. Manche Definitionen umfassen auch andere Stoffe, die den antioxidativen Schutz auf andere, indirektere Weise unterstützen. – Hierzu gehören z. B. Metalle, die für die Wirkung einiger Antioxidantien erforderlich sind, Stoffe, die bestimmte Metalle binden, die andernfalls zur Bildung von Oxidantien beitragen könnten, und Stoffe, welche die Aktivität von Antioxidantien verstärken können. Wir werden hier den Schwerpunkt auf diejenigen Stoffe legen, die unter die erste Definition fallen.
1Aerob bezeichnet biologische Prozesse, die Sauerstoff erfordern. Anaerob wiederum bezeichnet biologische Prozesse, die keinen Sauerstoff benötigen.
Produkte mit Antioxidantien
Das Gleichgewicht zwischen Oxidantien und Antioxidantien
Das Gleichgewicht zwischen Oxidantien und Antioxidantien – das sogenannte Redoxgleichgewicht – ist wichtig für die Funktionen der Zellen. Wenn das Gleichgewicht zugunsten der Oxidantien kippt, kommt es zu einem sogenannten oxidativen Stress, der mit vielen verschiedenen Erkrankungen in Verbindung gebracht wird. Dieses Ungleichgewicht kann auch in die andere Richtung erfolgen, aber dies wurde bisher nur wenig untersucht. Wie bei den meisten anderen Bereichen des Lebens geht es darum, ein Gleichgewicht zu finden und aufrechtzuerhalten, denn Oxidantien sind nicht nur problematisch, wie man zunächst dachte, sondern sie sind für eine Reihe von lebenswichtigen Prozessen zugleich auch unerlässlich. Antioxidantien wiederum sind nicht nur gut, sondern können in zu hohen Konzentrationen auch negative Auswirkungen haben.
Es wurden zahlreiche Studien zu Antioxidantien durchgeführt, um herauszufinden, ob sie beispielsweise Krankheiten vorbeugen oder behandeln können. – Bislang haben die großen klinischen Studien an Menschen jedoch gemischte Ergebnisse gezeigt, sodass es weiterhin umstritten ist, ob Antioxidantien in Form von Nahrungsergänzungsmitteln die Gesundheit fördern können. Es besteht kein Zweifel daran, dass Lebensmittel, die Antioxidantien enthalten, die Gesundheit fördern, aber wahrscheinlich sind die Antioxidantien nicht allein für die positiven Effekte verantwortlich.
Die Verwendung von Antioxidantien
Antioxidantien sind beispielsweise in Lebensmitteln enthalten und werden diesen zugesetzt. Auch in Kosmetika werden viele Antioxidantien verwendet, da man annimmt, dass sie den Alterungsprozess, der durch Oxidantien verursacht wird, abmildern können. PUCA PURE & CARE verwendet in den Produkten viele verschiedene Formen von Antioxidantien. Viele davon liegen in Form von Pflanzenextrakten vor, z. B. aus der Teepflanze Camellia Sinensis, der Zaubernuss-Pflanze Hamamelis und aus Aloe Vera, aber auch in Form von isolierten Substanzen wie Coenzym Q10 (Ubichinon) und Derivaten von Vitamin C und E.
Oxidantien und Antioxidantien – eine Einführung in die chemischen Zusammenhänge
Oxidantien sind ein weit gefasster Begriff für Stoffe, die andere Stoffe oxidieren können – sie werden auch als Pro-Oxidantien bezeichnet. Im biologischen Kontext wird häufig von freien Radikalen, ROS und den etwas weniger bekannten RNS gesprochen. ROS steht für Reactive Oxygen Species, also Reaktive Sauerstoffverbindungen, und RNS steht für Reactive Nitrogen Species, also reaktive Stickstoffverbindungen (von denen die biologisch relevanten auch Sauerstoff enthalten). Diese drei Bezeichnungen überschneiden sich bis zu einem gewissen Grad, sodass z. B. einige freie Radikale auch zu den ROS und RNS gehören. Es gibt aber auch freie Radikale, die nicht unter die Bezeichnungen ROS/RNS fallen, und es gibt ROS und RNS, die keine Radikale sind. Häufig wird das Wort „ROS“ als Oberbegriff für die biologisch relevanten Oxidantien verwendet.
Wie wirken die Oxidationsmittel?
Um die Wirkung von Oxidantien zu erklären, müssen wir uns die Struktur von Atomen und Redoxreaktionen etwas genauer ansehen: Ein Atom enthält in der Regel eine Anzahl von Protonen und Neutronen, die den Kern bilden, und um sie herum befindet sich eine Anzahl von Elektronen, die sich kurz gesagt in bestimmten Bahnen bewegen, die in Schalen in unterschiedlichen Abständen vom Kern angeordnet sind. Normalerweise liegen die Elektronen paarweise vor, aber bei freien Radikalen gibt es ein oder mehrere ungepaarte Elektronen in der äußersten Schale, wodurch das Radikal instabil und reaktiv wird. Um Stabilität zu erreichen, muss in der Regel ein Elektron für das ungepaarte Elektron gefunden werden – und dieses findet das Radikal in der Regel bei einem benachbarten Molekül oder Atom. Diese Reaktion, bei der ein Elektron von einem Stoff auf einen anderen Stoff übertragen wird, nennt man Redoxreaktion. Siehe Abbildung 1. Der Begriff „Redox“ setzt sich aus den Begriffen „Reduktion“ und „Oxidation“ zusammen. Das Radikal, welches das Elektron aufnimmt, wird reduziert, während das benachbarte Molekül oder Atom, das ein Elektron abgibt, oxidiert wird – zugleich wird das benachbarte Molekül oder Atom, falls es nicht bereits ein Radikal war, selbst zu einem Radikal. Auf diese Weise kann dieses neue Radikal die Reaktion fortsetzen und einem anderen Molekül ein Elektron entziehen usw. Dies wird als radikalische Kettenreaktion bezeichnet und setzt sich so lange fort, bis zwei Radikale an der Redoxreaktion beteiligt sind oder eine Form von Antioxidans an der Redoxreaktion beteiligt ist, welches den Verlust eines Elektrons verkraften kann, ohne reaktiv zu werden. Ebenso können nichtradikalische ROS-Moleküle an Redoxreaktionen beteiligt sein oder in Radikale umgewandelt werden, die wiederum an Redoxreaktionen beteiligt sind.
Abbildung 1 Darstellung einer Redoxreaktion zwischen einem Radikal (dargestellt durch ein braunes Atom), das über ein ungepaartes Elektron verfügt, und eines Stoffes (das blaue Atom), bei dem es sich z. B. um ein Molekül mit antioxidativen Eigenschaften handeln kann, das den Verlust eines Elektrons verkraften kann, ohne zu einem reaktiven Radikal zu werden. Die untere Darstellung (das grüne Atom) soll einen benachbarten Stoff illustrieren, der kein Elektron abgeben kann, ohne zu einem instabilen und reaktiven Radikal zu werden.
Antioxidantien sind sowohl Moleküle, welche die Bildung eines reaktiven Radikals, z. B. durch eine ROS, verhindern können, als auch Moleküle, die, wie oben beschrieben, Redoxreaktionen mit ROS einschließlich Radikalen eingehen können. – Letztere werden oft auch als „Free Radical Scavenger“ bezeichnet und werden während des Prozesses oxidiert und wirken als sogenannte reduzierende Stoffe (sie reduzieren das Radikal). Bei diesem Prozess kann das Antioxidans zu einem Pro-Oxidans werden und somit andere Stoffe oxidieren, anstatt sie zu reduzieren. Der Körper verfügt über ein komplexes Netzwerk von Antioxidantien, die sich gegenseitig helfen, wenn es um den Umgang mit ROS geht, und auf diese Weise das Redoxgleichgewicht aufrechterhalten. In den beiden folgenden Abschnitten werden die ROS und Antioxidantien ausführlicher beschrieben.
ROS
- Freie Radikale
Bei reaktiven Sauerstoffverbindungen (ROS) handelt es sich im Allgemeinen um relativ kleine Moleküle, die gerne ein Elektron aufnehmen und damit ein benachbartes Molekül oder Atom oxidieren. Wie bereits ausgeführt, kann dies zu einer radikalischen Kettenreaktion führen. Die an einer solchen Reaktion beteiligten Moleküle und Atome können dabei verändert werden und so ihre Funktion verlieren. Die Stoffe, die am häufigsten von ROS angegriffen werden, sind ungesättigte Lipide2 (Fette), Proteine und Nukleinsäuren (DNA und RNA). Lipide und Proteine machen den größten Teil der Zellmembran aus, und daher kann die Oxidation dieser Stoffe die Zellfunktion erheblich beeinträchtigen. Lipide machen zum Beispiel auch einen großen Teil des Hautsebums aus, und dessen Oxidation kann die Haut beeinträchtigen und ist zum Beispiel an der Entstehung von Akne beteiligt. Proteine erfüllen im Körper eine Vielzahl von Funktionen. Alle Enzyme des Körpers, die eine unglaubliche Anzahl von Prozessen und z. B. die Antikörper des Immunsystems katalysieren, sind Proteine. Es gibt Strukturmoleküle, die Proteine sind, und es gibt hormonelle Proteine. Auf diese Weise kann sich die Oxidation von Proteinen im Körper sehr unterschiedlich auswirken. Die Oxidation von Nukleinsäuren kann zu Mutationen führen, die – wenn sie nicht berichtigt werden – z. B. zur Entstehung von Krebs beitragen können. Oxidation und andere Formen der Schädigung von Molekülen kommen im Körper ständig vor, und das System reagiert darauf, indem es die Schäden repariert oder die geschädigten Moleküle entfernt und ersetzt. Dies ist selbstverständlich ressourcenintensiv und ein Gleichgewicht, das aufrechterhalten werden muss, damit sich nicht zu viele beschädigte Moleküle ansammeln. Bei oxidativem Stress kippt das Gleichgewicht, sodass mehr ROS vorhanden sind, als die antioxidativen Abwehrkräfte bewältigen können. Dies hat zur Folge, dass mehr Moleküle geschädigt werden, als das Reparatur- und Aufräumsystem des Körpers bewältigen kann.
Welche Funktionen haben freie Radikale?
ROS werden häufig als etwas beschrieben, das bekämpft und beseitigt werden muss, aber es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass ROS vom Organismus auch benötigt werden, da sie an verschiedenen lebenswichtigen Prozessen beteiligt sind. Das Immunsystem nutzt ROS beispielsweise zur Bekämpfung von Mikroorganismen. ROS fungieren aber auch als Zellsignalstoffe, z. B. bei der Muskelkontraktion und der Blutdruckregulierung. Der Körper kann also nicht ohne ein ausgewogenes Maß an ROS funktionieren.3.
ROS werden auf natürliche Weise im Körper gebildet (endogene ROS), zum Beispiel beim Stoffwechsel, für den Sauerstoff benötigt wird. – Dies insbesondere in den Mitochondrien der Zellen, in denen ATP4, die „Energiewährung“ des Körpers, über die sogenannte Elektronentransportkette gebildet wird. Bei diesem Prozess werden Elektronen zwischen verschiedenen Molekülen verschoben, und dabei entsteht beispielsweise das ROS-Molekül Superoxidanion-Radikal als Nebenprodukt, wenn ein Elektron aus der Elektronentransportkette entfällt und mit Sauerstoff (O2) reagiert. ATP und ROS werden im Körper ständig produziert – besonders bei Infektionen, während denen das Immunsystem ebenfalls ROS produziert, sowie bei körperlicher Betätigung, bei der die Zellen mehr ATP verbrauchen. Die Bildung von ROS kann auch durch äußere Einflüsse (exogene ROS) wie Umweltverschmutzung und Sonneneinstrahlung ausgelöst werden.
Die folgende Liste enthält einige der biologisch wichtigsten ROS:
Das Superoxidanion (02-·) ist eine ROS und zugleich ein Radikal. Es wird z. B. in der Elektronentransportkette in den Mitochondrien der Zellen und durch die UV-Strahlung der Sonne gebildet. Das Superoxidanion-Radikal ist die Vorstufe der meisten anderen ROS.
Wasserstoffperoxid (H2O2) ist eine etwas stabilere ROS. Sie können über die antioxidativen Enzyme Superoxiddismutase als Teil der Bekämpfung von ROS aus Superoxidanionen gebildet werden.
Das Hydroxylradikal (·OH) ist eine hochreaktive ROS und zugleich ein freies Radikal, das sehr schnell und unspezifisch mit den meisten Molekülen reagiert. Hydroxylradikal wird zum Beispiel aus Wasserstoffperoxid in einer metallkatalysierten Redoxreaktion gebildet5, bei der Wasserstoffperoxid in Hydroxylradikale und Hydroxidionen (OH-) umgewandelt wird.
Hypochlorige Säure (HClO) sind ROS, die z. B. in Immunzellen zur Bekämpfung von Mikroorganismen produziert werden.
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein radikales RNS, das sowohl wasser- als auch fettlöslich ist und sich daher leicht im Körper bewegen kann. Es ist ein wichtiges Signalmolekül im Körper, das verschiedene physiologische Funktionen wie den Blutdruck und die Entspannung bestimmter Muskeln steuert, es spielt aber auch eine wichtige Rolle für das Immunsystem im Zusammenhang mit Entzündungen. Die Produktion von Stickstoffmonoxid wird normalerweise streng reguliert.
Peroxynitrit (ONOO-) ist ein hochreaktives RNS-Anion, das z. B. aus Wasserstoffperoxid und Nitrit sowie durch die Reaktion des Superoxidanions mit Stickstoffoxid gebildet werden kann.
Peroxylradikal (ROO) ist die Bezeichnung für eine Art von Radikalen, in die z. B. Lipide umgewandelt werden können, wenn sie mit einer ROS reagieren und so zu einem Radikalmolekül oxidiert werden, das in eine Radikalkettenreaktion eingebunden ist und somit andere Moleküle oxidiert.
2Ungesättigte Lipide sind Fette, die eine oder mehrere Doppelbindungen enthalten, von denen ROS ein Elektron entnehmen können. Der Prozess der Lipidperoxidation ist ein Prozess, bei dem eine radikalische Kettenreaktion mit den Lipiden stattfindet und diese zerstört werden.
3Einen sehr gründlichen historischen und technischen Überblick über die Entwicklung des Wissens über Oxidantien können Sie in diesem Artikel nachlesen: Evolution of the Knowledge of Free Radicals and Other Oxidants. Geschrieben von Di Meo, S. & Venditti, P. in der ZeitschriftOxidative medicine and cellular longevity'. 2020, Artikel ID 9829176.
4ATP steht für AdenosinTriPhosphat.
5Bei den Metallen in diesen Reaktionen handelt es sich in der Regel um Eisen und Kupfer. Hydroxylradikale bilden zwei sehr bekannte Reaktionen: die Fenton- und die Haber-Weiss-Reaktion.
Die Antioxidantien
- Die drei Verteidigungslinien
Antioxidantien sind sozusagen der Gegenspieler der Oxidantien (ROS) im Organismus – das Gleichgewicht zwischen beiden ist für die Funktionen der einzelnen Zellen wichtig. Diese Gegenwehr kann in drei „Abwehrmaßnahmen“ unterteilt werden: Erstens gibt es Antioxidantien, die die Bildung von Oxidantien hemmen – hierzu gehören z. B. enzymatische Antioxidantien. Die zweite Abwehrlinie sind diejenigen Antioxidantien, die Oxidantien daran hindern, mit anderen Molekülen zu reagieren und auf diese Weise die Radikalkettenreaktion unterbrechen. – Hierbei handelt es sich z. B. um kleinere Moleküle, die ein Elektron abgeben können. Bei der dritten Linie handelt es sich um (nicht immer als Antioxidantien eingestufte) Stoffe, die eine eher indirekte Wirkung haben, indem sie die Schäden reparieren und die Bildung und/oder Aktivität von Antioxidantien fördern. Außerdem gibt es verschiedene Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Antioxidantien. Beispielsweise helfen einige Antioxidantien anderen Antioxidantien, sich zu ihrer reduzierten Form zu regenerieren, sodass sie wieder bereit sind, ein Elektron an ein Oxidans abzugeben.6.
Die unterschiedlichen Eigenschaften von Antioxidantien
Die antioxidativen Eigenschaften von Antioxidantien können auf viele verschiedene Arten gemessen werden7 und jede Messmethode hat ihre Vor- und Nachteile. Antioxidantien besitzen eine unterschiedliche Affinität zu verschiedenen Oxidantien, sodass ein Antioxidans nicht gegen alle Oxidantien wirken kann. Dies spiegelt sich auch in vielen Studien wider, in denen man festgestellt hat, dass Antioxidantien im Allgemeinen besser als Teil eines Zusammenspiels wirken. Antioxidantien können auf viele verschiedene Arten gruppiert werden. Es gibt zum Beispiel wasserlösliche und fettlösliche. – Dies bestimmt, wo im Körper sie wirken, denn die wasserlöslichen befinden sich im Allgemeinen in wasserhaltigen Bereichen, wie zum Beispiel im Inneren der Zelle, während die fettlöslichen zum Beispiel in der Zellmembran zu finden sind. Sie können aber auch in Antioxidantien unterteilt werden, die der Körper selbst produziert, und in Antioxidantien, die man zu sich nehmen muss, um von ihnen zu profitieren. Antioxidantien lassen sich auch in solche Antioxidantien unterteilen, die Enzyme sind, und solche, die keine Enzyme sind. – Außerdem kann eine Unterteilung in solche, die chemisch hergestellt und vom Menschen entwickelt werden (synthetisch), und solche, die in der Natur natürlich vorkommen (natürlich), erfolgen. Die meisten Antioxidantien sind natürlich, aber es gibt auch solche, die vom Menschen entwickelt wurden und z. B. in Lebensmitteln und Kosmetika verwendet werden.
6Mehr über die Wechselwirkung zwischen Vitamin E und C können Sie in den Beschreibungen dieser Inhaltsstoffe auf dieser Website nachlesen..
7Mehr hierzu können Sie in diesem Artikel erfahren: Rasheed, A., & Azeez, R. F. A. A Review on Natural Antioxidants. Kapitel 5 in C. Mordeniz, Traditional and Complementary Medicine. IntechOpen. 2019.
Die folgende Liste enthält Beispiele für wichtige Antioxidantien und für Gruppen von Antioxidantien:
Superoxiddismutase (SOD)
Ist eine Gruppe von Enzymen, welche die Umwandlung von Superoxidanionen in Sauerstoff und Wasserstoffperoxid katalysieren, die dann von anderen Enzymen genutzt werden können. Die Superoxiddismutase kommt in fast allen aeroben Organismen und in Lebensmitteln wie Kohl und Weizen vor – und auch der menschliche Körper ist in der Lage, diese Enzyme zu produzieren, die im ganzen Körper verteilt sind. Dies geschieht auch in der Haut, wo sie eine wichtige Rolle bei der Bildung von Fibroblasten spielen. Für ihre Funktion benötigen die verschiedenen SOD-Enzyme bestimmte Metallionen als Kofaktoren. Bei den verwendeten Metallen handelt es sich um Kupfer, Zink, Eisen, Mangan oder Nickel: die Superoxiddismutase ist folglich ein sogenanntes Metalloenzym.
Die Katalase (CAT)
Ist eine weitere Gruppe von Enzymen, die der menschliche Körper selbst herstellen kann und bei denen es sich ebenfalls um Metalloenzyme handelt, da sie Mangan oder Eisen als Kofaktoren benötigen. Katalasen übernehmen die weitere Prozessierung des Wasserstoffperoxids aus der Superoxiddismutase und wandeln es in Wasser und Sauerstoff um. Dieser Prozess ist sehr schnell und effizient, sodass ein Katalase-Enzym etwa 6 Millionen Moleküle von Wasserstoffperoxid pro Minute in Sauerstoff und Wasser umwandeln kann. – Dies ist eine der höchsten Umwandlungsgeschwindigkeiten unter den Enzymen.
Peroxiredoxinen
Bei den Peroxiredoxinen handelt es sich um eine Gruppe von Peroxidase-Enzymen, die ebenfalls den Abbau von Wasserstoffperoxid und Peroxynitrit katalysieren können. Diese Enzyme sind nicht von einem Metall-Ionen-Cofaktor abhängig und werden im menschlichen Körper produziert.
Die Glutathionperoxidase (GPx)
Ist eine weitere Gruppe von Enzymen, die der Körper unter Verwendung von Selen als Cofaktor herstellt. Wie Katalasen hat auch die Glutathionperoxidase eine hohe Affinität für Wasserstoffperoxid, welches sie in Wasser umwandeln kann. Darüber hinaus können sie auch Lipidperoxide in Lipidalkohole umwandeln. Die Glutathionperoxidase ist Teil des Glutathionsystems, das aus einer Wechselwirkung zwischen dem Tripeptid Glutathion, das als Coenzym (Hilfsstoff) der Glutathionperoxidase fungiert, und der Enzymgruppe Glutathionreduktase besteht, die Glutathion in seine reduzierte aktive Form reduziert. Dieses System findet sich bei Menschen, Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen.
Thioredoxin-Reduktase
Eine weitere Gruppe von Enzymen ist die Thioredoxin-Reduktase, die zusammen mit dem antioxidativ wirkenden Protein Thioredoxin (Trx) Teil des Thioredoxin-Systems ist, einem wichtigen antioxidativen System in vielen Organismen. Dieses System kann z. B. Disulfidbindungen in oxidierten Proteinen reduzieren. Das Enzym Thioredoxin-Reduktase nutzt NADPH8 als Elektronenspender, um die Reduktion und damit die Aktivierung von Thioredoxin zu katalysieren.
Das Coenzym Q10
Das in reduzierter, teiloxidierter und oxidierter Form vorliegt, wird auch als Ubichinol, Semichinon und Ubichinon bezeichnet. Diese Coenzymgruppe wird von Menschen, Tieren und den meisten Bakterien produziert und spielt eine sehr wichtige Rolle in der Elektronentransportkette, die für die Produktion von ATP, der „Energiewährung“ des Körpers, sorgt. Im Vergleich zu Proteinen handelt es sich um ein sehr kleines und fettlösliches Molekül. Es wirkt als Antioxidans, da es zwei Elektronen abgeben kann (daher gibt es drei Redoxstufen).
Glutathion (GSH)
Ist ein kleines wasserlösliches und schwefelhaltiges Tripeptid (bestehend aus drei Aminosäuren), das reversibel oxidieren und reduziert werden kann und somit als redoxaktives Antioxidans wirkt. Dieser Stoff ist wahrscheinlich eines der wichtigsten Antioxidantien des Körpers und wird in den meisten Lebewesen, die Sauerstoff benötigen, produziert. Er ist an sich schon ein Antioxidans und ist, wie bereits erwähnt, Teil des Glutathionsystems, wo er als Coenzym für die Glutathionperoxidase fungiert, die er zur Reduktion und damit Neutralisierung von Oxidantien verwendet. Bei dieser Reaktion wird Glutathion oxidiert und geht über eine Disulfidbindung eine Bindung mit einem anderen oxidierten Glutathion ein, das dann wieder zur aktiven Glutathionform reduziert werden kann. – Diese Reaktion wird durch das Enzym Glutathion-Reduktase katalysiert, welches das Coenzym NADPH zur Abgabe von Elektronen verwendet.
Urin Acid (Harnsäure)
Ist ein kleiner wasserlöslicher Stoff, der im Körper produziert wird und in sehr hohen Konzentrationen im Blut vorkommt, wo er z. B. als Antioxidans gegen Hydroxylradikale, Peroxynitrit und hypochlorige Säure wirkt.
Melatonin
Ist ein kleines natürliches Hormon, das z. B. den Tagesrhythmus steuert und das vom Körper produziert wird. Es wirkt sowohl als direktes Antioxidans, da es ein Elektron freisetzen kann (im Gegensatz zu vielen anderen Antioxidantien kann es jedoch nicht gentechnisch reduziert werden und ist somit ein terminales Antioxidans), als auch als indirektes Antioxidans, da es beispielsweise die Aktivität antioxidativer Enzyme stimulieren kann.
Melanin
Gehört zu einer Gruppe von Stoffen, die der Haut Farbe verleihen und sie vor Sonneneinstrahlung schützen, wodurch die Bildung von Oxidantien in der Haut verringert wird. Melanin ist folglich kein klassisches Antioxidans.
Vitamine C, E und A
Die Vitamine C, E und A sind Gruppen von sehr bekannten Antioxidantien9. Vitamine werden in der Regel nicht im Körper gebildet und müssen daher über die Nahrung aufgenommen werden. Vitamin C ist ein wasserlösliches, redoxaktives Antioxidans, das z. B. Wasserstoffperoxid reduzieren kann und z. B. mit Vitamin E und Glutathion zusammenwirkt, Vitamin E um das Redox-Gleichgewicht zu bewahren. Es wurde festgestellt, dass die Epidermis im Allgemeinen eine höhere Konzentration an Vitamin C aufweist als die Dermis. Vitamin A und E sind fettlöslich, und insbesondere vitamin E ist dafür bekannt, dass es die Fettstoffe in den Zellmembranen schützt, indem es die Lipidperoxidation hemmt. Vitamin E kann z. B. durch Vitamin E, Coenzym Q10 og beta-karoten.
Carotinoide
Sind eine große Gruppe fettlöslicher, gelb-orange-roter Stoffe, die zum Beispiel in vielen Gemüsesorten vorkommen. Es gibt über 700 natürlich vorkommende Carotinoide, darunter Lycopin, Lutein, Zeaxanthin und das wahrscheinlich am besten untersuchte Carotinoid: das Beta-Carotin. Sechs hiervon machen mehr als 95 % der Carotinoide im Blut des Menschen aus10 und diese sind auch in der Haut zu finden. Tiere produzieren selbst keine Carotinoide. Etwa 16 % des aufgenommenen Betacarotins werden im menschlichen Körper in Retinol umgewandelt, d. h. Betacarotin ist eine Vorstufe für Retinol (ein Vitamin-A-Derivat). Zusammen mit Vitamin E trägt es dazu bei, die Lipidperoxidation zu hemmen. – Zudem hat Beta-Carotin noch weitere Funktionen, zum Beispiel für das Immunsystem.
Phenolen
Bei Phenolen handelt es sich um eine sehr große Gruppe sehr unterschiedlicher Stoffe, die hauptsächlich in Pflanzen vorkommen und von denen ein Teil antioxidative Eigenschaften aufweisen. Phenole lassen sich grob in vier Untergruppen einteilen:
- Phenolsäuren: z. B. Caffeic Acid (Kaffeesäure) und Salicylic Acid (Salicylsäure)
- Phenolische Monoterpene: z. B. Eugenol und Menthol – dies sind typische flüchtige Substanzen in z. B. ätherischen Ölen.
- Phenolische Diterpene: z. B. Carnosol
Polyphenole, die wiederum in vier Untergruppen eingeteilt werden können:
- Flavonoide, eine Gruppe von über 5000 Substanzen, z. B. Quercetin, Curcumin und Catechin.
Bei manchen Flavonoiden handelt es sich nachweislich um Antioxidantien, bei anderen um entzündungshemmende, antivitale, antikarzinogene und metallbindende Substanzen. - Tannine, die z. B. in Wein und Tee vorkommen.
- Lignane, die z. B. in Samen und Vollkornprodukten enthalten sind.
- Stilbene: z. B. Resveratrol, ein bekanntes Antioxidans, das z. B. in Weintrauben enthalten ist.
Synthetisch hergestellte Antioxidantien
Synthetisch hergestellte, künstliche Antioxidantien wie Butylated Hydroxyanisole (BHA) und Butylated Hydroxytoluene (BHT). Sie wurden und werden immer noch häufig z. B. in Lebensmitteln verwendet, aber sie werden zunehmend durch natürliche Antioxidantien ersetzt, da einige Studien darauf hindeuten, dass sie für Menschen schädlich sein könnten.
Metallbindende Stoffe sind keine Antioxidantien, können aber im antioxidativen System wirken, indem sie Metalle wie Eisen und Kupfer binden, die ansonsten die Bildung von ROS katalysieren können. Beispiele für Metallbinder sind Citric Acid (Zitronensäure), EDTA und Phytic Acid.
Manchmal werden auch Selen und Zink als mineralische Antioxidantien genannt. Diese Stoffe sind keine Antioxidantien im klassischen Sinne, sondern tragen als Kofaktoren für antioxidative Enzyme (z. B. Glutathionreduktase und Superoxiddismutase) bei.
8NADPH ist die reduzierte Form des Stoffes Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat, eines Coenzyms, das an über 40 Reduktionsreaktionsprozessen im Körper beteiligt ist.
9Sie können mehr über diese Vitamine in den Beschreibungen auf dieser Website lesen..
10Bei diesen sechs Carotinoiden handelt es sich um Beta-Carotin, Beta-Cryptoxanthin, Alpha-Carotin, Lycopin, Lutein und Zeaxanthin.
Oxidativer Stress, Gesundheit und Alterungsprozess
- Ungleichgewicht zwischen Oxidantien und Antioxidantien
Man geht davon aus, dass oxidativer Stress ein wichtiger Faktor bei vielen verschiedenen Krankheiten und Leiden ist. Es ist jedoch nicht in allen Fällen klar, ob der oxidative Stress ein Faktor bei der Entstehung der Krankheit ist oder als Folge der Krankheit auftritt. Beispiele für Krankheiten und Zustände, bei denen man davon ausgeht, dass oxidativer Stress eine Rolle spielt, sind Alzheimer, Parkinson, rheumatoide Arthritis, Diabetes, Asthma, einige Krebsarten und Augenkrankheiten sowie verschiedene Entzündungskrankheiten, aber auch der Alterungsprozess. Generell deuten Studien darauf hin, dass ein gesunder Lebensstil mit einer ausgewogenen Ernährung wichtig für die Gesundheit ist und mit der Prävention bestimmter Krankheiten zusammenhängt. Dies ist jedoch nicht nur auf den Gehalt an bestimmten Antioxidantien zurückzuführen – die Zusammenhänge sind weitaus komplexer.11.
Oxidativer Stress und Alterung der Haut
In Bezug auf den Alterungsprozess des Körpers, einschließlich der Haut, gibt es die sogenannte „free radical theory of aging“. – Dies ist eine Theorie, die im Laufe der Zeit und nach neuen Erkenntnissen entwickelt wurde, wonach Oxidantien und die von ihnen verursachten Schäden ein Schlüsselfaktor für den Alterungsprozess sind. Es handelt sich zwar immer noch nur um eine Theorie, aber viele Studien stützen sie, und generell herrscht in der Forschung Einigkeit darüber, dass durch Oxidantien und oxidativen Stress verursachte Zellschäden zum Alterungsprozess beitragen. Dies steht auch im Einklang mit Studien, die darauf hindeuten, dass die Aktivität körpereigener Antioxidantien und damit die körpereigene antioxidative Abwehr mit dem Alter abnimmt und zugleich eine Zunahme oxidativer Schäden im Körper zu beobachten ist. Es ist daher plausibel, dass Antioxidantien den Alterungsprozess hemmen können.
Die Alterungsprozesse der Haut sind das Ergebnis mehrerer komplexer Mechanismen, die häufig in intrinsische (innere) und extrinsische (äußere) Mechanismen der Hautalterung unterteilt werden. Der natürliche oder chronologische Alterungsprozess ist ein unvermeidlicher Prozess, der durch interne physiologische Faktoren wie Gene und Hormone ausgelöst wird. Man geht davon aus, dass etwa 5 % des Alterungsprozesses auf eine dünnere und trockenere Haut mit feinen Falten zurückzuführen sind. Der Alterungsprozess, der durch äußere Einflüsse wie Umweltverschmutzung, Ernährung und Sonnenlicht ausgelöst wird, wird zu etwa 80 % auf die UV-Strahlen der Sonne zurückgeführt. Es wird angenommen, dass die externen Alterungsprozesse zu gröberen Falten, einer Verringerung der Hautelastizität, einer Veränderung der Hautstruktur und des Hauttons und möglicherweise zu einer Zunahme der Dicke der Epidermis (der äußersten Hautschicht) führen.
11Mehr über Antioxidantien in Verbindung mit Nahrungsergänzungsmitteln, Lebensmitteln und Krankheiten können Sie hier nachlesen: https://www.hsph.harvard.edu/nutritionsource/antioxidants/
12Die topische Verwendung bezieht sich auf die Anwendung eines Produkts, indem es auf die Oberflächen des Körpers aufgetragen wird: somit werden alle Kosmetika durch topische Verabreichung verwendet.
13UV-Filter in Sonnenschutzmitteln können ebenfalls dazu beitragen, das Auftreten der Zeichen der Hautalterung zu hemmen.
14Lesen Sie dazu mehr über den Aufbau der Haut in der Beschreibung von Glycerin Website lesen..
Faktoren, die zur Hautalterung beitragen
Oxidativer Stress ist ein Prozess, der zum Alterungsprozess beiträgt, aber nicht alleine steht, und zwar sowohl bei inneren als auch bei externen Alterungsmechanismen. Zu den weiteren Prozessen gehören das Phänomen des „Inflamm-Aging“. Dabei handelt es sich um ein geringes Maß an Entzündungen über längere Zeit und die sogenannten AGEs (Advanced Glycation End Products), d. h. Proteine, Lipide oder Nukleinsäuren, an die ein Zuckermolekül gebunden ist, das die Funktion des Moleküls hemmt. Zu den ersten sichtbaren Zeichen der Hautalterung gehören Falten, eine veränderte Elastizität/Textur und ein ungleichmäßiger Hautton. – Es wird angenommen, dass ROS bei all diesen Zeichen eine Rolle spielen, weshalb angenommen wird, dass Antioxidantien die Hautalterung hemmen. Es ist daher naheliegend, Antioxidantien in z. B. kosmetischen Produkten zu verwenden, die auf die Haut aufgetragen werden und in der Lage sein sollen, einen Teil der Oxidantien zu neutralisieren, die sich in der Haut bilden, z. B. infolge der UV-Strahlung der Sonne. Es gibt Studien, die darauf hindeuten, dass die topische12 Anwendung einiger Antioxidantien den durch Sonnenlicht verursachten Alterungsprozess verringern kann. – Bei den meisten Studien handelt es sich um In-vitro-Studien, bei denen spezifische zelluläre Prozesse in Verbindung mit dem Alterungsprozess untersucht wurden. Es gibt aber auch In-vivo-Studien mit z. B. Vitamin C, Resveratrol und Grüntee-Extrakt (enthält Polyphenole), die gezeigt haben, dass diese die schädlichen Auswirkungen der Sonne reduzieren können13. Andere Studien haben gezeigt, dass diese Reduktion vor allem dann eintritt, wenn Antioxidantien vor der UV-Bestrahlung auf die Haut aufgetragen werden, und dass Antioxidantien im Allgemeinen am besten wirken, wenn mehrere miteinander kombiniert werden. In-vivo-Studien am Menschen haben außerdem gezeigt, dass eine größere Wirksamkeit erzielt wird, wenn Antioxidantien gleichzeitig topisch und oral eingenommen werden, als wenn sie nur topisch oder oral eingenommen werden. Hinzu kommt, dass es einfacher ist, äußeren Alterserscheinungen vorzubeugen als bereits vorhandene zu reduzieren. Die topische Anwendung von Antioxidantien hat ihre Grenzen, z. B. in Bezug auf Falten, die hauptsächlich durch Veränderungen in der Dermis der Haut entstehen und zu denen nicht alle Antioxidantien bei topischer Anwendung leicht vordringen können. Neben den Antioxidantien, die auf die Haut aufgetragen werden können, gibt es auch Antioxidantien, die der Körper selbst produziert, und Antioxidantien, die oral eingenommen werden. Die Haut ist mit einem Netzwerk von Antioxidantien ausgestattet – sowohl solchen, die der Körper selbst produziert, als auch solchen, die über die Nahrung aufgenommen und dann über den Blutkreislauf verteilt werden. Generell ist die Konzentration von Antioxidantien in der Epidermis höher als in der Dermis14. Sieht man sich zudem die äußerste Schicht der Epidermis, das Stratum corneum, genauer an, dann findet man dort sowohl wasserlösliche als auch fettlösliche Antioxidantien, während sich die nicht-enzymatischen Antioxidantien mit der höchsten Konzentration in den tieferen Schichten des Stratum corneum befinden. Tiefer in der Epidermis sind sowohl enzymatische als auch nicht-enzymatische Antioxidantien zu finden.
Faktoren mit positiven Zeichen der Hautalterung
Eine interessante Studie hat gezeigt, dass 50-Jährige mit einer relativ hohen Konzentration an Antioxidantien in der Haut im Vergleich zu Menschen mit einem relativ niedrigen Gehalt an Antioxidantien in der Haut weniger Alterserscheinungen aufweisen. In einer anderen Studie wurden die Menschen in zwei Gruppen eingeteilt: die unter 45-Jährigen und die über 45-Jährigen (die zu Beginn der Studie höchstens 55 Jahre alt waren). Hierbei wurde der Zusammenhang zwischen dem Verzehr von Lebensmitteln mit hohem Gehalt an Antioxidantien und der durch die Sonneneinstrahlung verursachten Hautalterung untersucht. In dieser 15 Jahre dauernden Studie wurde eine Steigerung der sonnenbedingten Hautalterung von insgesamt 42 % auf 88 % festgestellt. Menschen im Alter von über 45 Jahren, die Lebensmittel mit einem hohen Gehalt an Antioxidantien verzehrten, wiesen im Laufe von 15 Jahren etwa 10 % weniger durch Sonneneinstrahlung verursachte Alterungserscheinungen auf als Menschen, die Lebensmittel mit einem geringen Gehalt an Antioxidantien zu sich nahmen. Bei Personen unter 45 Jahren wurde dieser Unterschied nicht festgestellt. Da ein Großteil der Hautalterung durch Sonneneinstrahlung hervorgerufen wird, deutet diese Studie darauf hin, dass der Verzehr von Lebensmitteln mit einem hohen Gehalt an Antioxidantien für die reiferen Altersgruppen eine positive Wirkung auf die Hautalterung haben kann.
Die Verwendung von Antioxidantien heute
Antioxidantien kommen in vielen verschiedenen Produkten vor – sowohl natürlich in z. B. Lebensmitteln als auch als Zusatz in Fertigprodukten. Lebensmittel können sowohl natürliche Antioxidantien als auch natürliche und/oder synthetische zugesetzte Antioxidantien enthalten – beispielsweise vitamin E som findes i mange olier, men også kan være tilsat og benævnes da E306. Andre eksempler på naturligt indhold af antioxidanter i fødevare er vitamin C in Orangen und Brokkoli, die Carotinoide Beta-Carotin und Lycopin in Tomaten sowie Coenzym Q10 in Fleisch und Nüssen. Neben Lebensmitteln sind Antioxidantien – sowohl natürliche als auch synthetische – auch in Getränken, Nahrungsergänzungsmitteln wie Vitamintabletten, Arzneimitteln, Tierfutter und Kosmetika zu finden. Aber auch in anderen, wahrscheinlich weniger bekannten Bereichen wie in Kunststoffen sowie in Kraftstoffen, Schmiermitteln, Gummi und Latex werden sie eingesetzt. In der Regel werden sie hier zugesetzt, um die Qualität des Produkts zu bewahren, die andernfalls durch Oxidation – z. B. das Ranzigwerden von Ölen – beeinträchtigt werden könnte.
Natürliche Antioxidantien
Vor allem in Lebensmitteln und Kosmetika werden zunehmend natürliche Antioxidantien eingesetzt (die entweder direkt aus der Natur stammen, z. B. in Form von Pflanzenextrakten, oder die naturidentische synthetisch hergestellte Antioxidantien sind). – Dies ist wahrscheinlich hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass Studien darauf hindeuten, dass einige der synthetisch hergestellten Antioxidantien bei höherem Verbrauch schädlich sein könnten.
Die Verwendung von Antioxidantien in Kosmetika
In Kosmetika werden viele verschiedene Antioxidantien verwendet – sowohl in Form von Grundstoffen, die ein bestimmtes Antioxidans wie vitamin C oder Coenzym Q10 enthalten, als auch in Form von komplexen, antioxidantienreichen Extrakten wie Karotten-Extrakt, Kaffee-Extrakt, Tee-Extrakt und vielen anderen. Sie können zugesetzt werden, um die Qualität des Produkts zu bewahren und um eine Wirkung auf die Haut zu erzielen. Antioxidantien lassen sich mitunter nur schwer stabilisieren, und die Bioverfügbarkeit (Aufnahme durch die Haut) kann aufgrund der physikochemischen Eigenschaften des Antioxidans variieren. Für diese Schwierigkeiten werden nach und nach Lösungen entwickelt, indem verschiedene Techniken zur Stabilisierung und Lieferung von Antioxidantien und anderen Wirkstoffen entwickelt werden. Die normale Verwendung von Antioxidantien in kosmetischen Produkten ist im Allgemeinen unbedenklich, und viele Studien deuten darauf hin, dass Antioxidantien eine Reihe positiver Auswirkungen auf die Haut haben können. Es gibt jedoch noch keine eindeutigen klinischen Beweise dafür, dass sie tatsächlich diese Wirkungen haben, die aufgrund der Kenntnisse und Theorien über Oxidantien und Antioxidantien angenommen werden. Künftige Studien werden dies weiter untersuchen müssen.
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