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Die Energiegewinnung der Zelle ist eng mit der Sauerstoffumsetzung und Nahrungsmittelverwertung gekoppelt. Unter optimalen Bedingungen werden hierbei pro Mol Glucose 38 Moleküle ATP als Energieträger der Zelle gebildet. Die auch als Sauerstoffatmung bezeichnet Form der Energiegewinnung (aerob) gewährleistete in der Evolution eine weitaus höhere Energieausbeute im Vergleich zur Energiegewinnung ohne Sauerstoff (anaerob). Der größte Teil dieser Energie wird in einer Kette von enzymatischen Reaktionen, der sogenannten Atmungskette gewonnen. Das Coenzym Ubichinon Q10 spielt hierbei eine zentrale Rolle: Der Wirkungsgrad der Atmungskette ist entscheidend von der Q10-Konzentration abhängig - bei hohen Konzentrationen ist der Energiefluß deutlich höher als bei verringerten Q10 - Konzentrationen, wo geringe Ubichinon Q10 - Konzentrationen als limitierender Faktor die Energiebildung stark drosselt (23).
Abb.1 Oxidativer Glucoseabbau unter üblichen Energieanforderungen In der Atmungskette wird der Sauerstoff der Atemluft fast vollständig zu Wasser reduziert. 2-5 % des Sauerstoffs werden jedoch auch unter normalen Stoffwechselbedingungen in toxische Sauerstoffverbindungen, die sogenannten freien Sauerstoffradikale, umgewandelt (Abb.1). Als freies Radikal werden Atomgruppen bezeichnet, die mindestens ein einzelnes ungepaartes Elektron (negativ geladenes Elementarteilchen) besitzen. Radikale entstehen durch eine sogenannte homolytische Spaltung einer chemischen Bindung, bei der die gemeinsamen Elektronen gleichmäßig auf die Bindungspartner aufgeteilt werden (Abb.2).
Abb.2: Radikalbildung durch homolytische Spaltung Das „freie" Elektron verleiht den Radikalen eine hohe Reaktionsfähigkeit, da Radikale zur Erreichung eines stabilen Zustandes bestrebt sind einer anderen Atomgruppe ein Elektron zu entreißen. Dies erklärt auch die Kurzlebigkeit von Radikalen. Durch diese Reaktion entsteht wiederum ein Radikal und eine Kettenreaktion nimmt ihren Lauf (Abb.3). Die Radikalkettenreaktion setzt sich so lange fort, bis sich zwei Radikale miteinander verbinden oder ein sogenannter Radikalfänger (Antioxidans) (s.u.) ohne weiter zu reagieren die Reaktion unterbricht. Es kann hierbei wie bei der Kernspaltung zu regelrechten Explosionen kommen. Das Fatale ist, daß es dadurch wahllos zu unspezifischen Schädigungen der Zellen kommt.
Abb.3: Kettenreaktion von Radikalen Der Körper besitzt ein Schutzsystem aus Enzymen, Coenzymen und Vitaminen, das sogenannte antioxodative Orchester (Tab.4), um solche Radikale abzufangen und unschädlich zu machen. Allerdings ist die antioxidative Kapazität dieses Systems so ausgerichtet, daß es lediglich die in einem normalen, unbelasteten Stoffwechsel entstehenden Radikale unschädlich machen kann.
Tab.4: Bestandteile des "Antioxidativen Orchesters" Im Vergleich zu Gewebe mit einer ausreichenden Sauerstoffsättigung, wird in hypoxischen Geweben einerseits weniger Sauerstoff zur Energiegewinnung umgesetzt, andererseits ist der in Radikalform überführte Sauerstoffanteil höher. Infolge einer Zufuhr von Sauerstoff in Form einer Wiederdurchblutung (Reperfusion) ischämischer Gewebe und/oder bei Sauerstofftherapien kommt es zu einem regelrechten „Feuerwerk" von Radikalen: Da ein Radikal in einer Kettenreaktion immer ein weiteres Radikal erzeugt, führt das plötzliche Sauerstoffangebot zu einer explosionsartigen Verstärkung der Radikalbildung. Bis zu 50 % des angebotenen Luftsauerstoffs kann hierbei in aggressive, schädigende Verbindungen überführt werden. Bei solchen hohen Radikalbelastungen ist das antioxidative Schutzsystem des Körpers überfordert und kann mit der Beseitigung der hohen Radikalkonzentration nicht mehr Schritt halten. Für den Körper bedeutet dies oxidativen Streß.
Abb.4: Oxidativer Glucoseabbau bei ischämischer Reperfusion
Geschädigtes Gewebe wiederum begünstigt die Entstehung freier Radikale und führt somit zu einer immer größeren Ausdehnung des Schadens. Bei Chronizität ist oxidativer Streß aus diesem Grund immer krankheitsauslösend und krankheitsfördernd; er kann eine entscheidende Rolle bei einer Vielzahl von Erkrankungen bis hin zur Apoptose, dem programmierten Zelltod, spielen.
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