Oxidativer Stress: die andere Seite des Sauerstoffs.

Was freie Radikale eigentlich sind

Ein freies Radikal ist ein Molekül mit einem ungepaarten Elektron. Diese Unvollständigkeit macht es reaktionsfreudig: Es sucht sich ein Elektron dort, wo eines zu holen ist — an einem Fett in der Zellmembran, an einem Eiweiß, am Erbgut. Das getroffene Molekül wird dabei selbst zum Radikal, und die Kette läuft weiter.

Die wichtigsten dieser Teilchen im Körper fasst man als reaktive Sauerstoffspezies zusammen, kurz ROS. Sie entstehen als Nebenprodukt der Zellatmung: In den Mitochondrien wird Sauerstoff schrittweise zu Wasser reduziert, und ein kleiner Anteil der Elektronen entweicht auf dem Weg. Aus diesem Leck entsteht das Superoxid-Anion, aus dem wiederum Wasserstoffperoxid und weitere Verbindungen hervorgehen.

Das ist der eigentliche Preis der aeroben Lebensweise. Wer Sauerstoff zur Energiegewinnung nutzt, produziert zwangsläufig reaktive Zwischenstufen. Kein Organismus, der atmet, kommt darum herum.

Entsprechend alt ist die Gegenwehr. Jede Zelle unterhält ein gestaffeltes Abwehrsystem: Die Superoxid-Dismutase wandelt Superoxid in Wasserstoffperoxid um, Katalase und Glutathion-Peroxidase bauen dieses weiter zu Wasser ab. Dazu kommen nicht-enzymatische Fänger wie Glutathion, Vitamin C und Vitamin E. Dieses System ist nicht starr eingestellt, sondern wird je nach Beanspruchung hoch- und heruntergefahren — ein Detail, das später noch wichtig wird.

Die Mitochondrien sind dabei nicht die einzige Quelle. Reaktive Sauerstoffspezies entstehen auch in den Peroxisomen, an Enzymen des Zellstoffwechsels und an spezialisierten Oxidasen in der Zellmembran. Wo genau sie entstehen, entscheidet mit darüber, was sie auslösen.

Warum der Begriff neu gefasst wurde

Der Ausdruck „oxidativer Stress" stammt von Helmut Sies, der ihn 1985 einführte. Ursprünglich beschrieb er ein Ungleichgewicht zwischen Oxidantien und Antioxidantien zugunsten der Oxidantien — eine Waage, die zur falschen Seite kippt. Genau dieses Bild hat sich in der Werbesprache festgesetzt und ist dort geblieben.

In der Forschung ist es weitergezogen. Sies selbst hat die Definition 2015 überarbeitet: Oxidativer Stress bedeutet heute ein Ungleichgewicht, das zu einer Störung der Redox-Signalwege und der Redox-Regulation führt und Schäden verursacht. Der entscheidende Zusatz ist die Signalgebung. Der Redox-Zustand einer Zelle ist keine bloße Belastung, die man möglichst klein halten will — er ist ein Informationsträger.

Radikale als Signal, nicht nur als Schaden

Sies und Jones haben 2020 zusammengetragen, wie weit diese Signalfunktion reicht. Wasserstoffperoxid gilt darin als zentraler Botenstoff: Es verändert gezielt bestimmte Schwefelgruppen an Eiweißen und schaltet damit Schalter um — reversibel, kontrolliert, an definierten Stellen der Zelle. Über diesen Weg greifen reaktive Sauerstoffspezies in Wachstum, Stoffwechselsteuerung und die Anpassung an Belastung ein.

Der Körper stellt sie also nicht nur widerwillig her. Bestimmte Zellen erzeugen sie absichtlich: Enzyme der NADPH-Oxidase-Familie produzieren Superoxid als Werkzeug — Immunzellen nutzen es gegen eingedrungene Erreger, andere Gewebe nutzen es zur internen Verständigung.

Wer reaktive Sauerstoffspezies pauschal als Feind behandelt, schaltet damit auch ein Nachrichtensystem stumm. Genau das ist der Punkt, an dem die einfache Waagen-Erzählung auseinanderfällt.

Der Sonderfall Sport: Stress, der ankommt

Am deutlichsten wird die Doppelrolle beim Training. Powers und Jackson haben in einer umfassenden Übersichtsarbeit zusammengefasst, was arbeitende Muskulatur tut: Sie erzeugt unter Belastung vermehrt reaktive Sauerstoffspezies, und zwar in einem Ausmaß, das sich in Blut und Gewebe messen lässt.

Kurzfristig ist das keine gute Nachricht — hohe Konzentrationen beeinträchtigen die Kraftentwicklung und tragen zur Ermüdung bei. Zugleich beschreiben die Autoren, dass niedrige Konzentrationen für die normale Kraftentwicklung sogar notwendig sind. Ein Muskel in völliger Abwesenheit reaktiver Spezies arbeitet schlechter, nicht besser.

Mittelfristig kommt der zweite Teil: Das wiederholte Signal löst eine Anpassung aus. Die Zelle baut ihre eigenen Schutzsysteme aus — Superoxid-Dismutase, Glutathion-Peroxidase — und vermehrt ihre Mitochondrien. Der Reiz ist der Auslöser der Anpassung. Dieses Prinzip, bei dem eine milde Belastung die Widerstandsfähigkeit erhöht, heißt Hormesis.

Was passiert, wenn man dagegenhält

Damit stellt sich die naheliegende Frage: Was geschieht, wenn man diesen Reiz mit hochdosierten Antioxidantien abfängt? Zwei Arbeiten haben das direkt untersucht, und beide fielen anders aus als erwartet.

Gomez-Cabrera und Kollegen führten eine doppelblinde, randomisierte Studie durch. Vierzehn Männer zwischen 27 und 36 Jahren trainierten acht Wochen lang; fünf von ihnen erhielten täglich ein Gramm Vitamin C. Das Ergebnis: Die Gabe von Vitamin C beeinträchtigte die Ausdauerleistung signifikant (p = 0,014). Im begleitenden Tierversuch zeigte sich der Mechanismus — Vitamin C unterdrückte die trainingsbedingte Ausprägung jener Faktoren, die für die Neubildung von Mitochondrien zuständig sind, und verhinderte zugleich den Anstieg der körpereigenen Schutzenzyme.

Die Autoren ordnen das dem Konzept der Mitohormesis zu: Der beim Training entstehende oxidative Stress ist nicht der Preis der Anpassung, sondern ihr Auslöser. Wer ihn wegpuffert, entfernt das Signal — und mit ihm einen Teil des Trainingseffekts.

Wichtig zur Einordnung: Beide Studien sind klein, betrafen gesunde junge Männer und hohe Dosierungen aus Präparaten. Über Vitamine aus normaler Ernährung sagen sie nichts.

Was daraus folgt — und was nicht

Was die Datenlage hergibt: Reaktive Sauerstoffspezies entstehen unvermeidlich bei der Zellatmung und werden zusätzlich gezielt hergestellt. Sie wirken als Botenstoffe in der Zelle, nicht ausschließlich als Schadstoff. Die Fachliteratur unterscheidet inzwischen zwischen regulierten und schädigenden Konzentrationen. Beim Training sind niedrige Konzentrationen für die normale Kraftentwicklung erforderlich, hohe beeinträchtigen sie. In zwei kontrollierten Studien haben hochdosierte Antioxidantien-Präparate Teile der Trainingsanpassung verhindert.

Was die Datenlage nicht hergibt — die längere Liste:

• Aus „freie Radikale können Strukturen schädigen" folgt nicht, dass weniger davon immer besser wäre. Die Signalfunktion geht mit verloren.
• Die Ergebnisse zu Vitamin C und E stammen aus Studien mit vierzehn beziehungsweise neununddreißig gesunden jungen Männern. Das sind Grundlagenbefunde, keine Ernährungsempfehlung für die Allgemeinheit.
• Aus den Studien folgt kein Urteil über Vitamine aus Obst und Gemüse. Untersucht wurden isolierte Präparate in hoher Dosis, nicht die normale Ernährung.
• Es gibt in den hier zitierten Arbeiten keinen Beleg dafür, dass sich der Redox-Zustand des Körpers durch ein Gerät, eine Anwendung oder eine Atemtechnik gezielt in eine gewünschte Richtung verschieben lässt. Keine dieser Studien hat so etwas untersucht.
• Ein einzelner Laborwert zum „oxidativen Status" erlaubt keine Aussage über den Gesundheitszustand. Redox-Vorgänge sind örtlich und zeitlich fein aufgelöst; ein Mittelwert aus dem Blut bildet das nur grob ab.
• Die Begriffe Eustress und Distress beschreiben ein Konzept, keine Messgröße mit festgelegtem Grenzwert. Wo genau die Grenze verläuft, ist gewebeabhängig und offen.

Die ehrlichste Zusammenfassung: Sauerstoff ist weder der Held noch der Schurke dieser Geschichte. Was der Körper mit ihm macht, hängt von Menge, Ort und Zeitpunkt ab — und das ist deutlich schwerer zu verkaufen als eine Waage, die man nur in die richtige Richtung drücken müsste.

Häufige Fragen

Quellen

• Sies H. Oxidative stress: a concept in redox biology and medicine. Redox Biol. 2015;4:180–183. doi:10.1016/j.redox.2015.01.002
• Sies H, Jones DP. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020;21(7):363–383. doi:10.1038/s41580-020-0230-3
• Powers SK, Jackson MJ. Exercise-induced oxidative stress: cellular mechanisms and impact on muscle force production. Physiol Rev. 2008;88(4):1243–1276. doi:10.1152/physrev.00031.2007
• Ristow M, Zarse K, Oberbach A, et al. Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. Proc Natl Acad Sci USA. 2009;106(21):8665–8670. doi:10.1073/pnas.0903485106
• Gomez-Cabrera MC, Domenech E, Romagnoli M, et al. Oral administration of vitamin C decreases muscle mitochondrial biogenesis and hampers training-induced adaptations in endurance performance. Am J Clin Nutr. 2008;87(1):142–149. doi:10.1093/ajcn/87.1.142

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