Sauerstoff – das Partymolekül
Er ist bei nahezu jeder biologischen Party eifrig mit dabei, sorgt für Energie, mischt kräftig mit und schlägt gelegentlich auch über die Stränge … Sehen wir uns ein wenig genauer an, warum ausgerechnet dieser widersprüchliche Partygast zu den wichtigsten Voraussetzungen gehört, um das Leben zu feiern!
Im Grunde ist Sauerstoff überraschenderweise eher reaktionsfaul. Erst im Zusammenspiel mit bestimmten Reaktionswegen, Enzymen oder energiereichen Zwischenprodukten entfaltet er sein enormes oxidatives Potenzial. Doch seine chemische (Re-)Aktivität hat auch Schattenseiten – wie jeder außer Kontrolle geratene Partygast kann er auch beträchtliche Schäden anrichten.
Jeder Atemzug ist voller Widersprüche
Wir atmen ihn täglich Tausende Male ein, verbinden ihn mit Frische, Energie und Gesundheit. Sauerstoff genießt eigentlich einen bewundernswert makellosen Ruf. Mehr davon, so die verbreitete Vorstellung, kann nur besser sein. Doch chemisch betrachtet hat unser Lebenselixier auch eine meist unbeachtete, ziemlich aggressive Seite.
Sauerstoff ist nämlich ein äußerst effektives Oxidationsmittel, d. h., er kann Elektronen von anderen Stoffen aufnehmen und macht dadurch folgenreiche chemische Reaktionen möglich. Eisen rostet, organische Stoffe verbrennen, Fett wird ranzig. Dass auch in unserem Körper ständig Reaktionen dieser Art stattfinden, ist uns aber kaum bewusst.
Vom Rost zur Zellatmung
Das gleiche chemische Prinzip, das beim Eisen zur Korrosion führt, ermöglicht in unseren Zellen eine der wichtigsten Leistungen der Evolution: die effiziente Bereitstellung von Energie.
Rosten und Zellatmung beruhen auf dem chemischen Prinzip der Oxidation: Ein Stoff gibt Elektronen ab, die letztlich von Sauerstoff aufgenommen werden – beim Rosten ohne biologische Steuerung, bei der Zellatmung – durch Enzyme gesteuert – zur Energiegewinnung.
In den Mitochondrien, den Kraftwerken unserer Zellen, übernimmt Sauerstoff am Ende der Atmungskette Elektronen und wird zu Wasser reduziert. Die dabei ablaufenden Prozesse ermöglichen die Bildung von Adenosintriphosphat (ATP), unserem wichtigsten unmittelbar nutzbaren Energieträger.
Man könnte sagen, er ist ein Partygast ohne Gastgeschenk – denn der Sauerstoff selbst liefert keine Energie. Er ermöglicht lediglich, die in Nährstoffen gespeicherte Energie besonders effizient nutzbar zu machen.
Mehr über diesen faszinierenden Prozess erfährst du im SPIRAH-Artikel „Zellatmung – die Atmung unterm Mikroskop“.
Wenn Sauerstoff randaliert
Bei der Verarbeitung von Sauerstoff entstehen aber auch reaktive Sauerstoffspezies, kurz ROS. Dazu zählen freie Radikale wie das Superoxidradikal, aber auch nicht-radikalische Verbindungen wie Wasserstoffperoxid.
Diese Moleküle können Proteine, Zellmembranen und DNA verändern oder schädigen. Übersteigen solche Prozesse die Schutz- und Reparaturkapazitäten unserer Zellen, sprechen wir von oxidativem Stress.
Unser Organismus ist also dem exzessiven Partygast Sauerstoff keineswegs hilflos ausgeliefert. Spezielle Enzyme und weitere antioxidative Systeme halten reaktive Sauerstoffverbindungen unter Kontrolle.
Entscheidend ist dabei aber nicht, sämtliche ROS zu beseitigen. Denn die Party hat noch eine andere Seite.
Freie Radikale – Feinde oder Helfer?
Reaktive Sauerstoffspezies sind nicht bloß unerwünschte Nebenprodukte unseres Stoffwechsels. Sie übernehmen wichtige Aufgaben:
- Im Immunsystem: Abwehrzellen nutzen reaktive Sauerstoffverbindungen, um Krankheitserreger zu bekämpfen.
- In der Zellkommunikation: ROS wirken als Signalmoleküle und beeinflussen zahlreiche Regulationsprozesse.
- Bei den Anpassungsprozessen: Körperliche Belastung kann oxidative Signale auslösen, die körpereigene Schutzsysteme und Anpassungsmechanismen aktivieren.
Gerade der letzte Punkt ist bemerkenswert. Die Dosis macht das Gift! Was in hoher Konzentration schädlich sein kann, kann in kontrolliertem Ausmaß biologische Anpassung anstoßen.
Eine wissenschaftliche Untersuchung von Ristow und Kollegen aus dem Jahr 2009 zeigte beispielsweise, dass die Einnahme bestimmter antioxidativer Vitamine einige günstige, durch körperliches Training ausgelöste Stoffwechselanpassungen abschwächen kann.
Das bedeutet nicht, dass Antioxidantien grundsätzlich schädlich wären. Es zeigt vielmehr, wie problematisch die Vorstellung ist, oxidative Prozesse müssten möglichst vollständig unterdrückt werden.
Die Dosis verändert die Wirkung
Damit sind wir bei einem Prinzip, das weit über den Sauerstoff hinausreicht: der Hormesis.
Ein biologischer Reiz kann in unterschiedlicher Intensität völlig unterschiedliche Wirkungen entfalten. Zu wenig Herausforderung lässt Anpassungsprozesse ungenutzt, ein angemessener Reiz kann sie fördern, eine Überforderung kann schaden.
Es ist also die Menge entscheidend. Zu wenig Sauerstoff gefährdet die Energieversorgung unserer Zellen. Ein übermäßig hohes Sauerstoffangebot kann dagegen oxidative Schäden begünstigen, insbesondere bei längerer Exposition gegenüber hohen Sauerstoffpartialdrücken.
Unser Körper braucht also nicht möglichst viel Sauerstoff, sondern eine bedarfsgerechte Versorgung und die Fähigkeit, mit wechselnden Anforderungen umzugehen.
Mehr ist nicht automatisch besser
Das wirft auch ein interessantes Licht auf manche Gesundheits- und Optimierungsversprechen. Sauerstoffbars, zusätzliche Sauerstoffgaben oder Methoden, die eine möglichst hohe Sauerstoffsättigung versprechen: Was zunächst einleuchtend klingt, erscheint bei genauerer Betrachtung in einem anderen Licht.
Bei gesunden Menschen ist das Hämoglobin im arteriellen Blut unter normalen Bedingungen bereits weitgehend mit Sauerstoff gesättigt. Zusätzlicher Sauerstoff bedeutet daher keineswegs automatisch mehr verfügbare Energie oder bessere Leistungsfähigkeit.
Die Versorgung unserer Gewebe hängt von der Durchblutung, der Sauerstoffbindung und -abgabe sowie dem tatsächlichen Stoffwechselbedarf ab. Eine entscheidende regulatorische Rolle spielt dabei Kohlendioxid.
Mehr darüber im SPIRAH-Artikel „Kohlendioxid – das gesunde Giftgas“ und in den Beiträgen mit dem schwedischen Atemexperten Anders Olsson.
Was die „Party des Lebens“ braucht
Vielleicht liegt die faszinierendste Eigenschaft des Sauerstoffs gerade in seiner Widersprüchlichkeit. Dieselbe Chemie, die biologische Strukturen gefährden kann, ermöglicht Energiegewinnung, Abwehr und Anpassung.
Unser Organismus hat nicht gelernt, sämtliche Risiken des Sauerstoffs auszuschalten. Er hat im Laufe der Evolution hochkomplexe Mechanismen entwickelt, um seine positiven Eigenschaften zu nutzen und seine schädlichen Wirkungen zu begrenzen.
Darin steckt eine grundsätzliche Erkenntnis: Gesundheit entsteht nicht dadurch, dass wir jede Belastung vermeiden und jeden biologischen Prozess optimieren. Sie beruht wesentlich auf der Fähigkeit, auf Herausforderungen angemessen zu reagieren und das innere Gleichgewicht immer wieder neu herzustellen.
Sauerstoff ist dafür ein eindrucksvolles Beispiel. Nicht obwohl er gefährlich sein kann, sondern auch wegen seiner besonderen chemischen Eigenschaften ist er eine Grundlage für eine gelungene „Party“, die wir Leben nennen.