Oxidativer Stress: Ursachen, Biomarker und Krankheiten

Oxidativer Stress: Ursachen, Biomarker und Krankheiten

Definition von oxidativem Stress 

Oxidativer Stress ist ein Zustand, der entsteht, wenn der Körper mehr reaktive Sauerstoffspezies (ROS) produziert oder verbraucht, als er neutralisieren kann. ROS sind instabile Moleküle, die Zellen, Proteine ​​und DNA schädigen können. Oxidativer Stress wird mit einer Vielzahl von Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Herzerkrankungen, Krebs, Alzheimer und Parkinson. In diesem Artikel werden wir oxidativen Stress diskutieren und seine Rolle bei Krankheiten untersuchen. Wir werden uns auch einige der häufigsten Marker für oxidativen Stress ansehen.
Oxidationsmittel und Reduktionsmittel können in Zellen durch den Verlust oder die Aufnahme eines einzelnen Elektrons gebildet werden, was sie zu Oxidations- oder Reduktionsmitteln macht. Sauerstoff, der in verschiedene ROS umgewandelt werden kann, ist das bekannteste Oxidationsmittel. Superoxide, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikale sind Beispiele für reaktive Sauerstoffspezies. Reduktionsmittel hingegen geben Elektronen an andere Moleküle ab und können ROS neutralisieren.


Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS) sind Begriffe zur Beschreibung reaktiver radikalischer und nichtradikaler Derivate von Sauerstoff und Stickstoff. Reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS) werden von allen aeroben Zellen erzeugt und ihre Anwesenheit hat einen erheblichen Einfluss sowohl auf altersbedingte Krankheiten als auch auf das Altern.


ROS werden auf natürliche Weise als Ergebnis des normalen Zellstoffwechsels produziert. Sie können jedoch auch als Reaktion auf äußere Stressfaktoren wie Umweltverschmutzung, UV-Strahlung und Zigarettenrauch induziert werden. Darüber hinaus können einige Medikamente und medizinische Behandlungen (z. B. Chemotherapie) zu einem Anstieg des oxidativen Stresses führen.


RONS verursacht eine oxidative Veränderung der vier wichtigsten makromolekularen Komponenten (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine ​​und DNA), die auch als Indikatoren für oxidativen Stress verwendet werden können.


Was verursacht oxidativen Stress?


• Belastung durch Umweltgifte
• Ungesunde Lebensgewohnheiten (z. B. Rauchen, übermäßiger Alkoholkonsum)
• Chronischer Stress
• Schlechte Ernährung
• Altern
Symptome von oxidativem Stress:


• Ermüdung
• Gedächtnisverlust oder Gehirnnebel
• Muskel- und/oder Gelenkschmerzen
• Verminderte Sehkraft
• Kopfschmerzen
• Empfindlichkeit gegenüber Lärm

Biomarker für oxidativen Stress 

Es gibt eine Reihe von Biomarkern, mit denen sich oxidativer Stress messen lässt. Zu den häufigsten gehören: 

Proteine ​​mit humanem Malondialdehyd (MDA) und Thiobarbitursäure-reaktiven Substanzen


Eine Technik zum Nachweis der Lipidoxidation ist der Thiobarbitursäure-reaktive Substanztest (TBARS). Dieser Test misst die Menge an Malondialdehyd (MDA), einem Produkt der Lipidperoxidation, im Blut oder Urin. MDA gilt als zuverlässiger Marker für oxidativen Stress.


MDA ist ein Nebenprodukt der Peroxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren in Zellen. MDA wird im Übermaß produziert, wenn mehr freie Radikale vorhanden sind. Erhöhte Malondialdehydspiegel bei Krebspatienten sind mit einem Anstieg freier Radikale verbunden.


Probe 
Typ der Probe 
Assay-Zeit 
Serum, Plasma, Urin,
Gewebehomogenate und Zelllysate. 
- 
Serum, Plasma, Tierisches
Gewebe 
65 Minuten 
Serum, Plasma, Tierisches
Gewebe 
90 Minuten 

Glutathion (GSH)


Ein Biomarker, der häufig zur Messung von oxidativem Stress verwendet wird, ist Glutathion. Glutathion ist ein Antioxidans, das dabei hilft, die Zellen vor Schäden durch ROS zu schützen. Bei Patienten mit Erkrankungen, die mit oxidativem Stress einhergehen, werden häufig niedrige Glutathionspiegel beobachtet.
Glutathion kommt in Zellen in zwei Zuständen vor: reduziert (GSH) und oxidiert (GSSG). Das GSH/GSSG-Verhältnis ist ein Hinweis auf den Redoxstatus der Zelle. Gesunde Zellen haben ein GSH/GSSG-Verhältnis von mehr als 100, in Zellen, die oxidativem Stress ausgesetzt sind, sinkt es jedoch auf 1 zu 10. 


Probe 
Typ der Probe 
Assay-Zeit 
Vollblut-, Plasma-, Serum-,
Urin-, Gewebe- und Zellextrakte 
20 Minuten 
Serum, Plasma, Gewebe,
Zellen 
50 Minuten 

Superoxiddismutase (SOD)


Das beim Sauerstoffstoffwechsel entstehende Nebenprodukt Superoxid kann bei Nichtregulierung verschiedene Zellschäden verursachen. Superoxiddismutase ist ein Enzym, das das Superoxidradikal in Wasserstoffperoxid und Sauerstoff umwandelt. Wasserstoffperoxid ist ebenfalls gefährlich und wird durch andere Enzyme wie Katalase zerstört. SOD bietet in fast allen lebenden Zellen, die der Luft ausgesetzt sind, einen wesentlichen antioxidativen Schutz.


Probe 
Typ der Probe 
Assay-Zeit 
Gewebehomogenat, Zelllysat, Plasma, Serum 
30 Minuten 
Serum, Plasma, Urin, Zellkulturüberstand, Gewebe 
70 Minuten 
Serum, Plasma, Urin, Zellkulturüberstand, Gewebe 
100 Minuten 
Serum, Plasma, Hydrothorax, Aszites, Urin,
Gewebe 
30 Minuten 

Harnsäure


Harnsäure ist ein weiterer häufiger Biomarker für oxidativen Stress. Harnsäure entsteht, wenn der Purinstoffwechsel infolge der Einwirkung von Strahlung, Toxinen oder anderen Quellen oxidativen Stresses stattfindet. Ein hoher Harnsäurespiegel wird mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Gicht, Nierenerkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Diese Biomarker können verwendet werden, um das Ausmaß des oxidativen Stresses im Körper zu messen und dabei zu helfen, seine Rolle bei Krankheiten zu bestimmen. 


Probe 
Typ der Probe 
Assay-Zeit 
Serum, Plasma, Urin,
Tierisches Gewebe 
40 Minuten  
Serum, Plasma, Urin  
35 Minuten  
Serum, Plasma, Urin 
60 Minuten  

Durch oxidativen Stress verursachte Krankheiten 

Wie verursacht oxidativer Stress Krankheiten? 


Oxidativer Stress kann Krankheiten verursachen, indem er Zellen, Proteine ​​und DNA schädigt. Dieser Schaden kann zu einer Vielzahl von Problemen führen, darunter:


• Entzündung
• Zelltod
• Mutationen in Genen
• Reduzierte Funktion oder Verlust von Organen oder Gewebe


All diese Probleme können zur Entstehung von Krankheiten wie Herzerkrankungen, Krebs und Alzheimer beitragen.

Oxidativer Stress und Krebs


Eine Reihe von Studien hat einen Zusammenhang zwischen Entzündungen und Krebsentstehung nachgewiesen. Chronischer oxidativer Stress wird mit der Aktivierung von Onkogenen und der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht. ROS wurden auch mit der Krebsentstehung in Verbindung gebracht, indem sie DNA-Schäden verursachten, die zu Mutationen führten.


RONS und entzündliche Zytokine wie TNFα aktivieren den Transkriptionsfaktor NFκB, der die Transkription von Genen bewirkt, die an der Zellproliferation, Apoptose und Krebsentstehung beteiligt sind. Chronische Entzündungen werden in Verbindung mit der Förderung der Angiogenese auch mit der Tumorentstehung in Verbindung gebracht. ROS können Transkriptionsfaktoren wie c-fos und c-jun aktivieren, die an der Krebsentstehung und Angiogenese beteiligt sind. ROS-induzierte DNA-Schäden können zum Transkriptionsstopp oder zu Induktions-/Replikationsfehlern sowie zu genomischer Instabilität führen.

Oxidativer Stress und Alzheimer


Charakteristisch für die Alzheimer-Krankheit ist die Ansammlung von Amyloid-Plaques und neurofibrillären Knäueln im Gehirn. Die Ursache dieser Ablagerungen ist ungewiss, es wird jedoch angenommen, dass sie auf oxidativen Stress zurückzuführen sind. Untersuchungen zufolge könnte oxidativer Stress eine Rolle bei der Entstehung und dem Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit spielen, indem er Gehirnzellen und Proteine ​​schädigt.


Erhöhte Biomarker für oxidativen Stress (MDA und GSH) wurden mit erhöhten Spiegeln entzündlicher Zytokine bei Personen mit Demenz in Verbindung gebracht. GSH-Werte scheinen den kognitiven Verfall bei älteren Menschen zu beschleunigen, obwohl das Alter der Hauptgrund für den kognitiven Verfall ist.


Eine andere Idee ist, dass ROS und Redoxmetalle eine Rolle bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit spielen. Zink, das für die Bildung von Myelin unerlässlich ist und selbst oxidativen Stress auslösen kann, ist möglicherweise an der abnormalen Homöostase bioaktiver Metalle beteiligt, die bei der Alzheimer-Krankheit eine Rolle spielen könnte – Zink bindet an das Amyloid-Vorläuferprotein 57 und Aluminium. Zink, Eisen und Kupfer binden direkt an das Amyloidprotein und fördern dessen Aggregation.

Oxidativer Stress und Herzerkrankungen


Es wird angenommen, dass oxidativer Stress eine Rolle bei der Entstehung von Herzerkrankungen spielt. Die Theorie des oxidativen Stresses besagt, dass er die Endothelauskleidung (das Endothel) in den Arterien schädigt, was zu Entzündungen führt. Diese Schäden und Entzündungen können schließlich zur Bildung von Plaque führen, der die Arterien verengen oder verstopfen kann (Atherosklerose), was schließlich zu einem Herzinfarkt oder Schlaganfall führen kann 

Oxidativer Stress und Entzündung


Entzündungsreaktionen erzeugen oxidativen Stress und verringern die antioxidative Fähigkeit der Zellen. Freie Radikale reagieren mit Lipiden und Proteinen der Zellmembran und zerstören deren Funktion dauerhaft. 
4th Sep 2024 Shanza Riaz

Recent Posts