Alles Wissenswerte über oxidativen Stress und seine Auswirkungen auf die Haut.

Oxidativer Stress entspricht einem Ungleichgewicht zwischen der Produktion von freien Radikalen, sei es in Form reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) oder reaktiver Stickstoffspezies (RNS), und der Fähigkeit der Haut, sich dagegen zu schützen. Unter normalen Bedingungen übernehmen diese Moleküle physiologische Aufgaben in der Zellkommunikation, der Immunabwehr oder auch bei der Wundheilung. Überschreitet ihre Produktion jedoch die antioxidativen Kapazitäten des Organismus, werden sie toxisch für Hautzellen und beeinträchtigen deren normale Funktion.

Freie Radikale sind äußerst instabile Moleküle die ein oder mehrere ungepaarte Elektronen in ihrer äußeren Schale besitzen. Normalerweise liegen Elektronen paarweise vor, was ein energetisches Gleichgewicht gewährleistet. Befindet sich ein Elektron allein, versucht das Molekül, diese Stabilität wiederherzustellen, indem es ein Elektron von einem anderen Molekül aufnimmt oder abgibt. Dadurch reagieren freie Radikale mit ihrer Umgebung, insbesondere mit Lipiden, Proteinen und der DNA von Hautzellen, und verursachen strukturelle sowie funktionelle Veränderungen.

Um diese Schäden zu vermeiden, verfügt die Haut über ein endogenes antioxidatives System, das Enzyme wie Superoxiddismutase (SOD), Katalase und Glutathionperoxidase sowie nicht-enzymatische Antioxidantien wie Vitamin E, Vitamin C, Glutathion oder Coenzym Q10 umfasst. Diese Antioxidantien wirken als schützender Schild und neutralisieren freie Radikale, bevor sie mit zellulären Verbindungen reagieren. Wenn dieser Schutzschild jedoch aufgrund einer Überproduktion freier Radikale oder durch ein Versagen des antioxidativen Systems das Redoxgleichgewicht ins Wanken gerät, was einen Zustand oxidativen Stresses zur Folge hat.

Der oxidative Stress in der Haut resultiert aus einer Kombination interner und externer Faktoren. Interne Faktoren entstehen durch die normale Funktion des Organismus und seine Stoffwechselprozesse, während externe Faktoren mit der Umwelt und dem Lebensstil zusammenhängen. So reichern sich freie Radikale natürlich in der Haut an, doch bestimmte Gewohnheiten können ihre Anzahl erhöhen und ihre Wirkung verstärken.

Eine interne Produktion freier Radikale über den Stoffwechsel.

Die Bildung von freien Radikalen in der Haut beruht größtenteils auf inneren Mechanismen, insbesondere zellulären Stoffwechselprozessen. Die Mitochondrien stellen eine Hauptquelle reaktiver Sauerstoffspezies, die als Nebenprodukte des normalen Stoffwechsels entstehen über die Atmungskette. Das Superoxidanion (O2•−), das ursprünglich in der mitochondrialen Matrix, im Intermembranraum und an der äußeren Membran gebildet wird, kann in Wasserstoffperoxid (H2O2) durch die Superoxiddismutase (SOD) umgewandelt oder mit Stickstoffmonoxid (NO•) reagieren, um Peroxynitrit (ONOO−) zu bilden, eine besonders reaktive RNS.

Neben den Mitochondrien tragen mehrere intrazelluläre Enzyme zur Bildung von ROS und RNS bei: NADPH-Oxidasen, Xanthinoxidoreduktase, bestimmte Peroxisomale Oxidasen, Cytochrom-P450-Enzyme, Cyclooxygenasen und Lipoxygenasen. Diese Enzyme sind häufig auf Eisen und dessen Derivate wie Häm oder Eisen-Schwefel-Cluster angewiesen, um korrekt zu funktionieren. Ein Phänomen, das als „ROS-induced ROS release“ (RIRR) bekannt ist, kann auftreten, wenn die gebildeten ROS die Bildung neuer ROS stimulieren über die Öffnung der mitochondrialen Permeabilitätspore und verstärkt dadurch den intrazellulären oxidativen Stress.

Der normale Stoffwechsel der Haut, der für ihr Überleben und ihre Erneuerung notwendig ist, stellt eine konstante Quelle freier Radikale dar.

Ein Ungleichgewicht des kutanen Mikrobiota kann oxidativen Stress auslösen.

Die menschliche Haut beherbergt eine komplexe und dynamische Gemeinschaft von Mikroorganismen, das kutane Mikrobiom, das eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Hautbarrierefunktion, ihrer Immunität und der Vorbeugung bestimmter Dermatosen spielt. Tatsächlich wurden Veränderungen des Hautmikrobioms mit Erkrankungen wie Psoriasis, Ekzem oder Akne in Verbindung gebracht, weshalb es wichtig ist, es zu schützen. Das Gleichgewicht des Mikrobioms kann jedoch durch Umweltfaktoren wie UV-Strahlung oder organische Schadstoffe, etwa polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, gestört werden, die oxidativen Stress in der Haut auslösen.

Das Hautmikrobiom beeinflusst auch das Gleichgewicht des oxidativen Stresses über Interaktionen mit dem Darmmikrobiom im Rahmen der Darm-Haut-Achse. Störungen der Hautflora können die Ansammlung freier Radikale sowie Entzündungen begünstigen. Mehrere Studien haben eine Korrelation zwischen dem Schweregrad bestimmter Hauterkrankungen gezeigt, die teilweise auf ein Ungleichgewicht des Hautmikrobioms und blutbasierter Marker des oxidativen Stresses, wie Malondialdehyd und NO. Diese Daten legen nahe, dass die Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen Mikrobioms entscheidend ist, um den oxidativen Stress der Haut zu regulieren.

Eine Studie an 25 Patienten mit atopischer Dermatitis und 25 gesunden Probanden veranschaulichte diesen Zusammenhang. Die Forscher bestimmten die Spiegel von Malondialdehyd (MDA), einem Marker des oxidativen Stresses, sowie enzymatische Antioxidantien (Superoxiddismutase, Katalase, Glutathionperoxidase) und nicht-enzymatische Antioxidantien (reduziertes Glutathion, Vitamin A, E und C) bei den Patienten und den gesunden Probanden. Die Ergebnisse zeigten bei den Ekzempatienten eine signifikante Erhöhung des MDA, begleitet von einer deutlichen Abnahme der Antioxidantien. Diese Befunde weisen auf eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber freien Radikalen hin. Im Fall des Ekzems, bei dem das Hautmikrobiom mit einer Zunahme von Staphylokokken aus dem Gleichgewicht geraten ist und die Hautbarriere gestört ist, trägt dieser oxidative Stress zur Aufrechterhaltung chronischer Entzündungen und Läsionen bei.

Die Exposition gegenüber UV-Strahlung, sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung trägt zum oxidativen Stress bei.

Ultraviolette Strahlung stellt die wichtigste externe Quelle für die Bildung freier Radikale in der Haut dar. Unter dem Einfluss von Sonnenexposition werden Photonen der UVA-Strahlung (320–400 nm) und in geringerem Maße UVB (280–320 nm) von endogenen photosensibilisierenden Molekülen wie Cytochromen, Riboflavin, Häm oder Porphyrinen absorbiert. Diese Moleküle reagieren nach ihrer Anregung mit Sauerstoff und erzeugen verschiedene reaktive Sauerstoffspezies, insbesondere das Superoxid-Anion (O2•–) und Singulettsauerstoff (¹O2).

Diese freien Radikale lösen dann eine Kaskade schädlicher chemischer Reaktionen : Das Superoxid wird durch die Superoxiddismutase (SOD) in Wasserstoffperoxid umgewandelt, ein Molekül, das Zellmembranen durchdringen kann. In Anwesenheit von Übergangsmetallen wie Eisen (Fe2+) oder Kupfer (Cu2+) erzeugt H2O2 dann das Hydroxylradikal, eines der toxischsten für Hautzellen. Dieser Prozess trägt zur Lipidperoxidation, zur Schädigung struktureller Proteine wie Kollagen und Elastin und zu DNA-Schäden.

Neben den UV-Strahlen tragen auch das sichtbare Licht (400 – 700 nm) sowie die Infrarotstrahlung (700 – 4000 nm) beteiligen sich ebenfalls an der Bildung von ROS in der Haut. Sichtbares Licht kann Hydroxylradikale (•OH), Perhydroxylradikale (•OOH) und Singulett-Sauerstoff erzeugen und dadurch den oxidativen Stress verstärken. Infrarotlicht wirkt hingegen vor allem auf mitochondrialer Ebene, wo es die Produktion von ROS anregt, die anschließend in Wärme umgewandelt werden, wobei insbesondere das Hitzeschockprotein MP-1 aktiviert wird. Diese Mechanismen tragen zur fortschreitenden Schädigung der Hautbarriere bei und begünstigen das Entstehen oxidativen Stresses.

Umweltverschmutzung hat oxidative Effekte auf die Haut.

Die tägliche Exposition gegenüber Luftverschmutzung stellt eine weitere, nicht zu vernachlässigende externe Quelle für oxidativen Stress in der Haut dar. Feinstaubpartikel aus der Verbrennung von Kraftstoffen enthalten polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Diese Moleküle sind hoch photoreaktiv, werden durch UV-Strahlung aktiviert und lösen eine massive Bildung reaktiver Sauerstoffspezies aus. Diese Synergie zwischen Schadstoffen und Sonnenstrahlung verstärkt den oxidativen Stress erheblich.

Die Stickstoffoxide (NO und NO₂), die hauptsächlich durch Straßenverkehr und die Verbrennung fester Brennstoffe freigesetzt werden, tragen ebenfalls zu dieser Oxidation bei. Indem sie mit den photoaktivierten Chromophoren der Haut reagieren, fördern diese Gase die Bildung von Superoxiden und Nitro-Radikalen, die die Lipide und Proteine des hydrolipidischen Films schädigen. Diese wiederholte Oxidation erodiert allmählich die schützende Hautbarriere und macht sie durchlässiger und reaktiver.

Ein weiterer bedeutender Schadstoff, Ozon (O₃), verdeutlicht perfekt die Komplexität des oxidativen Stresses in der Haut. Obwohl es nicht in die Haut eindringt, wirkt es an der Oberfläche, wo es rasch mit dem Talg reagiert, um Lipidperoxidationsprodukte und reaktive Aldehyde zu bilden. Diese pro-oxidativen Verbindungen lösen eine lokale Entzündungsreaktion aus und beschleunigen den Verlust essentieller antioxidativer Vitamine in der Haut, wie Vitamin E und Vitamin C.

Rauchen, eine direkte Quelle für oxidativen Stress.

Rauchen ist ein starker externer Faktor für die Entstehung von oxidativem Stress in der Haut. Zigarettenrauch enthält mehr als 4.000 chemische Verbindungen, darunter einen großen Anteil an freien Radikalen und oxidativen Verbindungen. Diese reaktiven Substanzen, wie Stickstoffmonoxid (NO•) und das Peroxynitrit-Radikal (ONOO⁻), dringen direkt aus der eingeatmeten Luft oder durch Hautkontakt in die Haut ein. Sie lösen eine Oxidationskaskade aus, die die Lipide der Zellmembran destabilisiert und der Haut Antioxidantien entzieht, wodurch ihre Fähigkeit, sich gegen reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu verteidigen, beeinträchtigt wird. Gleichzeitig beeinträchtigt Tabak die Mikrozirkulation der Haut, was die Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen reduziert und so die endogene Bildung von Superoxid-Anionen (O2•⁻) fördert.

Die Ernährung kann den oxidativen Stress beeinflussen.

Die Ernährung, insbesondere der Zuckerkonsum, beeinflusst direkt den oxidativen Stress im Organismus. Wenn Glukose in zu hoher Konzentration im Blut vorliegt, reagiert sie spontan mit Proteinen, Lipiden oder Nukleinsäuren und führt zur Bildung von fortgeschrittenen Glykationsendprodukten (AGEs). Dieser Prozess, Glycation genannt, verändert die Struktur und Funktion der Hautproteine, insbesondere Kollagen und Elastin, wodurch die Haut steifer und weniger widerstandsfähig wird. Die AGEs begünstigen außerdem die Bildung freier Radikale wie Superoxid (O₂•⁻) und Peroxynitrit (ONOO⁻) und verstärken dadurch den oxidativen Stress in der Haut.

Darüber hinaus geht die Bildung von AGEs mit einer Aktivierung des transmembranären Rezeptors RAGE (Rezeptor für Advanced Glycation End Products), der in Keratinozyten und Fibroblasten vorkommt. Seine Aktivierung fördert die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine und steigert die mitochondriale ROS-Produktion, wodurch ein oxidativer und entzündlicher Teufelskreis entsteht. Im Gegensatz dazu trägt eine Ernährung, die reich an natürlichen Antioxidantien ist – insbesondere aus Obst, Gemüse, Nüssen und polyphenolreichen Ölen – dazu bei, freie Radikale zu neutralisieren und die Glykation einzudämmen.

Psychischer Stress, ein Motor des oxidativen Stresses.

Chronischer psychologischer Stress stellt einen oft unterschätzten internen Faktor bei der Entstehung des oxidativen Stresses in der Haut dar. Sobald er sich etabliert, aktiviert er gleichzeitig das autonome Nervensystem, das Renin-Angiotensin-System und die hypothalamisch-hypophysär-adrenale Achse. Diese Mechanismen führen zur Freisetzung von Angiotensin II, einem Molekül, das in der Lage ist, die Produktion von NADPH-Oxidase-abhängigen ROS im Inneren der Neutrophilen zu stimulieren. Parallel dazu hemmt Angiotensin II die Synthese der Hämoxygenase-1, eines antioxidativen Enzyms, und reduziert so die Fähigkeit der Zellen, sich gegen Oxidation zu schützen.

Außerdem haben mehrere Studien einen Zusammenhang zwischen depressiven Störungen und einem erhöhten oxidativen Zustand aufgezeigt. Besonders hervorzuheben sind die Untersuchungen von GIBSON und seinem Team an 32 Probanden, von denen 16 an Depression litten. Die Forscher konnten zeigen, dass Fibroblasten aus diesen depressiven Patienten eine verstärkte Proteincarbonylierung und eine Überexpression der Glutathionreductase aufweisen – beides Marker für einen intensiveren zellulären oxidativen Stress.

Oxidativer Stress hat vielfältige Auswirkungen auf die Physiologie der Haut. Tatsächlich stören freie Radikale zelluläre Strukturen, Proteine, Lipide und die DNA und lösen entzündliche Reaktionen aus. Diese Störungen zeigen sich in sichtbaren und funktionellen Veränderungen der Haut, insbesondere in Hauterschlaffung, Pigmentierungsstörungen und einer Schwächung der Hautbarrierefunktion.

Oxidativer Stress beschleunigt die Hauterschlaffung.

Oxidativer Stress greift direkt die Kollagen- und Elastinfasern an, essentielle Bestandteile der dermalen Struktur. Freie Radikale oxidieren diese Proteine, was zu ihrer Fragmentierung und einer Verminderung ihrer Fähigkeit führt, die Festigkeit und Elastizität der Haut aufrechtzuerhalten. Zudem aktivieren reaktive Sauerstoffspezies (ROS) Enzyme wie die Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), die Kollagen und Elastin weiter abbauen und so die Hauterschlaffung sowie die Faltenbildung beschleunigen.

Parallel dazu stört oxidativer Stress das Funktionieren der Fibroblasten, die Zellen, die Kollagen, Elastin, aber auch Glycosaminoglykane wie Hyaluronsäure synthetisieren. Fibroblasten, die ROS ausgesetzt sind, zeigen eine reduzierte Proliferation und Aktivität, was die dermale Regenerationskapazität einschränkt. Diese Kombination aus enzymatischem Abbau und verminderter zellulärer Produktion führt zu einem allmählichen Verlust an Hautdichte und -tonus und begünstigt die vorzeitige Hautalterung.

Oxidativer Stress kann Pigmentierungsstörungen verursachen.

Der oxidative Stress beeinflusst die Hautpigmentierung stark, insbesondere durch die Wirkung freier Radikale auf Melanozyten, die Hautzellen, die Melanin produzieren. Die Mechanismen, die die Pigmentierung regulieren, sind komplex, doch es ist mittlerweile gesichert, dass UV-Exposition und die daraus resultierenden oxidativen DNA-Schäden induzieren zelluläre Signale, die die Melanogenese. Stickstoffradikale, insbesondere Stickstoffmonoxid (NO•), sind dabei maßgeblich beteiligt. Das von UV-exponierten Keratinozyten gebildete NO stimuliert den α-MSH/MC1R-Signalweg, wodurch die Tyrosinase, das Schlüsselenzym der Melaninsynthese, aktiviert wird. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wie H₂O₂ sind ebenfalls an der Regulation der Tyrosinase über der Aktivierung von Proteinen wie MITF und Signalwegen wie ERK und JNK.

Oxidativer Stress wirkt wie ein echter intrazellulärer Bote, der die Melaninproduktion auslöst und das Auftreten pigmentärer Ungleichgewichte verstärkt.

Oxidativer Stress schwächt die Hautbarriere.

Oxidativer Stress beeinträchtigt die Integrität der Hautbarriere, die für den Schutz der Haut vor Umwelteinflüssen und die Begrenzung des Wasserverlusts unerlässlich ist. ROS und RNS können die Lipide der Hornschicht oxidieren, was zu einem Verlust der Kohäsion der Korneozyten und einer Veränderung der interzellulären Lipide führt. Dieser Prozess schwächt die Hautbarriere und erhöht den transepidermalen Wasserverlust, was zu einer Hautdehydratation führen kann.

Parallel dazu kann oxidativer Stress die Synthese struktureller Proteine stören, wie Filaggrin und Loricrin, die helfen, die Hautbarriere aufrechtzuerhalten. Die Anhäufung freier Radikale löst zudem lokale Entzündungsreaktionen aus über die Aktivierung proinflammatorischer Zytokine, was die Barrierestörung verstärkt und zur Entstehung von Irritationen und Rötungen beiträgt.

Hinweis : Durch Schädigung der DNA und der mitochondrialen Aktivität der Keratinozyten kann oxidativer Stress deren Proliferationsfähigkeit stören und eine Verlangsamung der Zellneubildung bewirken. Dies führt zu einer Ansammlung abgestorbener Zellen an der Oberfläche der Epidermis, die das Licht daran hindern kann, korrekt reflektiert zu werden, wodurch die Haut matt erscheint.

Um oxidativem Stress entgegenzuwirken, muss das Gleichgewicht zwischen Antioxidantien und freien Radikalen durch eine externe Zufuhr von Antioxidantien wiederhergestellt werden.

In der Tat die Antioxidantien neutralisieren freie Radikale und begrenzen so die Oxidation von Lipiden, Proteinen und DNA. Zu den am intensivsten untersuchten Antioxidantien für die Haut gehören Vitamin C, Vitamin E, Beta-Carotin und Selen, die in Früchten, Gemüse, Nüssen und fettreichen Fischen vorkommen. Das Vitamin C beispielsweise ist an der Kollagensynthese beteiligt und schützt gleichzeitig die Zellen vor ROS. Das Vitamin E, das fettlöslich ist, wirkt vor allem auf der Ebene der Zellmembranen, indem es die Lipidperoxidation begrenzt und die Hautbarriere stabilisiert. Eine abwechslungsreiche Ernährung, reich an roten Beeren, Zitrusfrüchten, grünem Gemüse und Ölsaaten, unterstützt somit die natürliche Abwehr der Haut gegen oxidativen Stress.

Gut zu wissen : Der ORAC-Wert (für Oxygen-Radikal-Absorptions-Kapazität) misst die antioxidative Kapazität von Lebensmitteln. Je höher der ORAC-Wert eines Lebensmittels, desto stärker seine antioxidative Wirkung.

Abgesehen von der Ernährung stellen mit Antioxidantien angereicherte Kosmetika wirksame Mittel zum Schutz der Haut dar. Seren, die stabilisiertes Vitamin C, Resveratrol oder Coenzym Q10 wirken, indem sie die Ansammlung freier Radikale in der Haut verringern. Parallel dazu ist es unerlässlich, sich täglich vor UV-Strahlen zu schützen, die oxidativen Stress verursachen und die Hauptursache für Hautalterung.

Schließlich kann ein ausgewogener Lebensstil (Verzicht auf Tabak, Sonnenschutzmaßnahmen, Umgang mit psychologischem Stress...) dazu beitragen, oxidativen Stress zu begrenzen.

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