Oxidativer Stress: Definition, Ursachen und Nutzen von Antioxidantien

1994 sollte eine große Studie mit 29.133 finnischen Rauchern prüfen, ob zwei Antioxidantien, darunter Beta-Carotin, Lungenkrebs verringern. Bei den Personen, die Beta-Carotin einnahmen, zeigte sich das Gegenteil: 18 % mehr Lungenkrebsfälle. Dieses Scheitern verdeutlicht das Paradox des oxidativen Stresses: ein reales, biologisch zentrales Phänomen, das sich aber nicht einfach durch geschluckte Antioxidantien kontrollieren lässt. Definition, nützliche Rolle freier Radikale, Ursachen, schwierige Messung, Studienergebnisse und tatsächlich zugelassene Angaben: Das sollten Sie wissen.

Was ist oxidativer Stress?

Unser Körper nutzt Sauerstoff zur Energiegewinnung. Dabei entstehen ständig reaktive Sauerstoffspezies: das Superoxid-Anion, Wasserstoffperoxid oder das Hydroxylradikal. Manche sind freie Radikale, also sehr reaktive Moleküle mit einem ungepaarten Elektron.

Das Konzept des oxidativen Stresses wurde 1985 formuliert. Es beschreibt ein Ungleichgewicht zwischen diesen Oxidantien und der antioxidativen Abwehr zugunsten der Oxidantien. Heute unterscheiden Forschende zwei Situationen. Bei niedrigen Mengen spricht man von „oxidativem Eustress“: Oxidantien dienen als Signale. Bei hohen Mengen von „oxidativem Distress“: Sie schädigen Lipide, Proteine und DNA.

Sind freie Radikale immer schlecht?

Nein. Über 40 Enzyme erzeugen sie kontrolliert, insbesondere NADPH-Oxidasen und die Atmungskette der Mitochondrien. In winzigen, nanomolaren Konzentrationen wirkt Wasserstoffperoxid als Botenstoff. Es reguliert den Stoffwechsel und hilft Zellen bei der Anpassung. Auch weiße Blutkörperchen verwenden diese Moleküle zur Zerstörung von Keimen.

Bewegung liefert ein anschauliches Beispiel. In einer Studie mit 39 jungen Männern verbesserten vier Wochen Training die Insulinempfindlichkeit, aber nur ohne Antioxidantien. Mit täglich 1.000mg Vitamin C und 400 IE Vitamin E verschwand dieser Nutzen ebenso wie die Aktivierung antioxidativer Abwehrgene. Ein kleiner, zeitweiliger oxidativer Stress regt die Abwehr an: Das ist das Prinzip der Hormesis.

Was verursacht oxidativen Stress?

Ein Teil der Oxidantienproduktion ist normal und fortlaufend. Ein Ungleichgewicht entsteht, wenn sie stark zunimmt oder die Abwehr nachlässt. Zu den am häufigsten genannten Faktoren gehören:

• Rauchen;
• Luftverschmutzung und übermäßige UV-Exposition;
• Alkohol;
• chronische Entzündung;
• dauerhaft erhöhter Blutzucker;
• intensive, ungewohnte körperliche Belastung.

Rauchen ist ein gut dokumentiertes Beispiel. Bei 10 Rauchern waren die Blutwerte von F2-Isoprostanen, Produkten der Lipidoxidation, mehr als doppelt so hoch wie bei 10 Nichtrauchern (242 gegenüber 103 pmol/L). Nach zwei Wochen Rauchstopp sanken sie deutlich von 250 auf 156 pmol/L.

Welche Symptome hat oxidativer Stress?

Es gibt keine spezifischen Symptome. Oxidativer Stress ist ein biochemischer Zustand, keine Krankheit. Er äußert sich nicht durch eigene erkennbare Symptome. Er begleitet allerdings viele Erkrankungen wie Atherosklerose, chronisch-obstruktive Lungenerkrankung oder Alzheimer, ohne immer deren Ursache zu sein.

Der Forscher, der das Konzept formulierte, warnt selbst vor der Verwendung des Begriffs „ohne klare Beziehung zur Redoxchemie“. Seien Sie bei vagen Symptomlisten in Verbindung mit Tests oder „Anti-Freie-Radikale“-Produkten vorsichtig.

Lässt sich oxidativer Stress messen?

Nur schwer. Es gibt zahlreiche Marker, viele beruhen aber auf wenig spezifischen Methoden. Zuverlässige Verfahren sind für die Routine zu komplex; kein Marker ist als Diagnoseinstrument validiert. In ihren Leitlinien zu gesundheitsbezogenen Angaben prüfte die EFSA die wichtigsten Marker:

Anders gesagt: Ein im Labor angebotenes „oxidativer Stress“-Profil liefert eine unvollständige Momentaufnahme, die für eine einzelne Person schwer zu interpretieren ist.

Antioxidantienpräparate: Was große Studien zeigen

Die Ergebnisse sind enttäuschend und teilweise beunruhigend. Eine Cochrane-Übersicht von 2012 vereinte 78 randomisierte Studien mit 296.707 gesunden oder erkrankten Teilnehmenden. Insgesamt veränderten Antioxidantienpräparate (Beta-Carotin, Vitamin A, C, E, Selen) die Sterblichkeit nicht. In den 56 methodisch besseren Studien erhöhten sie sie sogar leicht (+4 %). Dieser Anstieg betraf Beta-Carotin (+5 %) und Vitamin E (+3 %); Vitamin C und Selen hatten keinen signifikanten Effekt.

Zwei Studien prägten die Diskussion. Bei finnischen Rauchern erhöhten 20mg Beta-Carotin täglich Lungenkrebsfälle um 18 % und die Sterblichkeit um 8 %. Bei 35.533 Männern steigerten 400 IE Vitamin E täglich das Prostatakrebsrisiko um 17 %. 2022 empfahl die US-Expertengruppe USPSTF, Beta-Carotin und Vitamin E nicht zur Verringerung des Risikos für Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Krebs zu verwenden.

Eine Ausnahme: AMD

Ein Bereich bildet eine Ausnahme. Bei Menschen mit bereits bestehender altersbedingter Makuladegeneration (AMD) kommt eine Cochrane-Übersicht von 2023 (26 Studien) zu dem Schluss, dass Präparate mit mehreren antioxidativen Vitaminen wahrscheinlich das Fortschreiten zu einer schweren Form verlangsamen (Risikoreduktion um etwa ein Viertel). Dieses Ergebnis beruht hauptsächlich auf einer großen US-Studie und betrifft augenärztlich betreute Patienten, nicht die Allgemeinbevölkerung.

Warum diese Misserfolge?

Zunächst, weil laut dem Begründer des Konzepts die wichtigste Abwehr auf antioxidativen Enzymen beruht, weit mehr als auf kleinen antioxidativen Molekülen wie Vitaminen. Außerdem dienen Oxidantien auch als Signale: Sie wahllos zu neutralisieren kann nützliche Anpassungen verhindern. Schließlich bestätigten klinische Studien die im Labor entstandenen Hoffnungen nicht. Forschende verfolgen nun gezieltere Ansätze.

Vom Körper hergestellte Antioxidantien

Unsere Zellen verfügen über ein echtes Abwehrnetzwerk. Dazu gehören Enzyme wie Superoxiddismutase, Katalase und Glutathionperoxidasen. Letztere benötigen Selen. Auch Moleküle sind Teil dieses Netzwerks, allen voran Glutathion.

Glutathion ist das häufigste kleine schwefelhaltige Molekül unserer Zellen. Seine Herstellung hängt hauptsächlich von der Verfügbarkeit der Aminosäure Cystein und einem durch den Faktor Nrf2 regulierten Enzym ab. Deshalb wird N-Acetylcystein, das Cystein liefert, als Vorläufer untersucht. Mehr erfahren Sie in unseren Artikeln über Glutathion und N-Acetylcystein (NAC). Diese Redoxreaktionen finden im gesamten Stoffwechsel statt, wie das Beispiel des Paars NAD+ und NADH zeigt.

Welche Angaben sind zugelassen?

In der Europäischen Union dürfen nur sieben Nährstoffe die Angabe „trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“ tragen, sofern das Produkt mindestens eine bedeutende Quelle ist. Die genauen Formulierungen lauten:

• „Vitamin C trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“
• „Vitamin E trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“
• „Riboflavin trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“ (Vitamin B2)
• „Zink trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“
• „Selen trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“
• „Kupfer trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“
• „Mangan trägt dazu bei, die Zellen vor oxidativem Stress zu schützen“

Nur eine weitere Angabe betrifft oxidativen Stress: „Olivenöl-Polyphenole tragen dazu bei, die Blutfette vor oxidativem Stress zu schützen.“ Sie ist Olivenöl mit mindestens 5mg Hydroxytyrosol und seinen Derivaten pro 20 g vorbehalten. Glutathion, NAC, Resveratrol und andere Polyphenole haben keine solche Angabe. Laut EFSA belegt eine im Reagenzglas gemessene antioxidative Kapazität keinen Nutzen im Körper. Das erläutern wir auch in unserem Artikel über Mythen und Fakten zu Resveratrol.

Häufige Fragen

Was unterscheidet die französischen Begriffe „stress oxydatif“ und „stress oxydant“?

Nichts: Beide beschreiben dasselbe Phänomen. „Stress oxydant“ wird oft in französischen wissenschaftlichen Veröffentlichungen bevorzugt, „stress oxydatif“ im Alltag.

Hängt oxidativer Stress mit psychischem Stress zusammen?

Trotz des Namens sind es zwei unterschiedliche Begriffe. Oxidativer Stress ist ein chemisches Ungleichgewicht in Zellen, psychischer Stress eine Reaktion des Körpers auf Druck. Zu Letzterem lesen Sie unseren Artikel über Stress und dazu untersuchte Inhaltsstoffe.

Welche Lebensmittel liefern Antioxidantien?

Obst, Gemüse, Hülsenfrüchte, Nüsse, Tee und Kakao liefern Vitamine, Carotinoide und Polyphenole. Ihre im Labor gemessene „antioxidative Kapazität“, etwa der ORAC-Wert, sagt aber nicht, was sie im Körper bewirken. Der Wert einer abwechslungsreichen Ernährung lässt sich nicht auf diese Zahl reduzieren.

Erhöht Sport oxidativen Stress?

Vorübergehend ja, besonders bei intensiver oder ungewohnter Belastung. Regelmäßiges Training regt im Gegenzug die Expression der körpereigenen antioxidativen Abwehr an. Das ist eine nützliche Anpassung, die hohe Dosen antioxidativer Vitamine abschwächen können.

Lässt oxidativer Stress uns altern?

Oxidative Schäden sammeln sich tatsächlich mit dem Alter an; die Vorstellung einer durch freie Radikale verursachten Alterung ist alt. Sie wurde jedoch differenziert: Oxidantien sind auch nützliche Signale, und Antioxidantienpräparate verringerten in Studien die Sterblichkeit nicht.

Oxidativer Stress und Entzündung: Welcher Zusammenhang besteht?

Sie verstärken sich gegenseitig. Entzündungszellen erzeugen Oxidantien, um Keime zu zerstören; ein Oxidantienüberschuss aktiviert wiederum Entzündungssignale. Deshalb treten beide bei vielen chronischen Erkrankungen gemeinsam auf.

Fazit

Oxidativer Stress ist ein fundiertes, aber häufig falsch verwendetes Konzept. Freie Radikale sind nicht nur Gegner: In geringer Menge dienen sie als Signale und regen unsere eigene Abwehr an, insbesondere Enzyme und Glutathion. Große Studien zeigen, dass hoch dosierte Antioxidantienpräparate nicht schützen und manchmal schaden können. Die sichersten Ansätze bleiben einfach: nicht rauchen, regelmäßig bewegen und abwechslungsreich essen. Bei Nahrungsergänzungsmitteln verfügen nur wenige Nährstoffe über eine zugelassene Angabe zu oxidativem Stress.

Quellen

1. Sies H (2015). Oxidative stress: a concept in redox biology and medicine. Redox Biology, 4, 180-183. doi:10.1016/j.redox.2015.01.002
2. Sies H, Jones DP (2020). Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 21(7), 363-383. doi:10.1038/s41580-020-0230-3
3. Forman HJ, Zhang H (2021). Targeting oxidative stress in disease: promise and limitations of antioxidant therapy. Nature Reviews Drug Discovery, 20(9), 689-709. doi:10.1038/s41573-021-00233-1
4. Ristow M et al. (2009). Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(21), 8665-8670. doi:10.1073/pnas.0903485106
5. Morrow JD et al. (1995). Increase in circulating products of lipid peroxidation (F2-isoprostanes) in smokers. Smoking as a cause of oxidative damage. New England Journal of Medicine, 332(18), 1198-1203. doi:10.1056/NEJM199505043321804
6. Frijhoff J et al. (2015). Clinical relevance of biomarkers of oxidative stress. Antioxidants & Redox Signaling, 23(14), 1144-1170. doi:10.1089/ars.2015.6317
7. EFSA NDA Panel (2018). Guidance for the scientific requirements for health claims related to antioxidants, oxidative damage and cardiovascular health (Revision 1). EFSA Journal, 16(1), e05136. doi:10.2903/j.efsa.2018.5136
8. Bjelakovic G et al. (2012). Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases. Cochrane Database of Systematic Reviews, (3), CD007176. doi:10.1002/14651858.CD007176.pub2
9. Alpha-Tocopherol, Beta Carotene Cancer Prevention Study Group (1994). The effect of vitamin E and beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers. New England Journal of Medicine, 330(15), 1029-1035. doi:10.1056/NEJM199404143301501
10. Klein EA et al. (2011). Vitamin E and the risk of prostate cancer: the Selenium and Vitamin E Cancer Prevention Trial (SELECT). JAMA, 306(14), 1549-1556. doi:10.1001/jama.2011.1437
11. US Preventive Services Task Force, Mangione CM et al. (2022). Vitamin, mineral, and multivitamin supplementation to prevent cardiovascular disease and cancer: US Preventive Services Task Force recommendation statement. JAMA, 327(23), 2326-2333. doi:10.1001/jama.2022.8970
12. Evans JR, Lawrenson JG (2023). Antioxidant vitamin and mineral supplements for slowing the progression of age-related macular degeneration. Cochrane Database of Systematic Reviews, 9, CD000254. doi:10.1002/14651858.CD000254.pub5
13. Lu SC (2013). Glutathione synthesis. Biochimica et Biophysica Acta, 1830(5), 3143-3153. doi:10.1016/j.bbagen.2012.09.008
14. Verordnung (EU) Nr. 432/2012 der Kommission vom 16. Mai 2012 zur Festlegung einer Liste zulässiger gesundheitsbezogener Angaben über Lebensmittel. Amtsblatt der Europäischen Union, L 136, 1-40. eur-lex.europa.eu

Nahrungsergänzungsmittel ersetzen weder eine abwechslungsreiche, ausgewogene Ernährung noch eine gesunde Lebensweise. Lassen Sie sich bei Medikamenteneinnahme, Schwangerschaft oder Stillzeit von einer medizinischen Fachperson beraten.