Trainingseinflüsse auf den Glutathionstoffwechsel im Erythrozyten

Saved in:
Bibliographic Details
Project manager:Böning, Dieter (Charité - Universitätsmedizin Berlin / Campus Benjamin Franklin / Institut für Sportmedizin, Tel.: 030 81812571)
Project staff members:Hütler, Matthias
Research institution:Charité - Universitätsmedizin Berlin / Campus Benjamin Franklin / Institut für Sportmedizin
Funding:BMI/BISp (File number: 070103/95)
Format: Project (Database SPOFOR)
Language:German
Project duration:04/1995 - 12/1996
Identification number:PR019960105112

Summary

Glutathion (GSH) ist als wichtiges zelluläres Reduktionsmittel Bestandteil von Oxido-/Reduktionssystemen und stellt in Kombination mit einigen intrazellulären Enzymen ein herausragendes antioxidativ wirkendes zelluläres Schutzsystem dar. Da Sport einen erheblichen oxidativen Streß für die Gesamtzelle bedeuten kann (DAVIES et al. 1982) sind Trainingseinflüsse im Sinne einer positiven Adaptation auf dieses komplexe Schutzsystem nicht unwahrscheinlich. Für die Muskelzelle sind solche Anpassungen beschrieben (JI et al., 1993), für die Erythrozyten werden sie diskutiert. Erythrozyten sind in der Lunge kontinuierlich hohen Sauerstoffpartialdrucken ausgesetzt und gewährleisten die durch körperliche Arbeit erhöhte Sauerstofftransportrate. Beides kann Ursache eines hohen oxidativen Stresses sein. Es erscheint wahrscheinlich, daß intraerythrozytär aufgrund eines erhöhten oxidativen Stresses positive Adaptationen des antioxidativen Systems erfolgen. Im Sinne der Abwehrfunktion des Blutes wäre es außerdem physiologisch sinnvoll, wenn die durch körperliche Arbeit im Gewebe vermehrt entstandenen Radikale durch das zirkulierende Blut und hierin durch das hohe antioxidative Potential der Erythrozyten abgefangen werden könnten. Positive antoxidativ wirkende Adaptationen im Erythrozyten könnten somit neben dem Eigenschutz eine wichtige Rolle in der systemischen Radikalentsorgung darstellen. Günstige Auswirkungen auf einige entzündliche und degenerative Erkrankungen, die im Zusammenhang mit oxidativem Streß diskutiert werden, wären vorstellbar. Mit Hilfe dieses Projektes sollte auf der Basis einer abgesicherten Methode systematisch der Übungs- und Trainingseinfluß auf die Glutathionkonzentration im Blut untersucht werden.

Intermediate results

Die Glutathionkonzentration (GSH) ist von der Sauerstoffsättigung (S02) der Blutprobe abhängig. Im 02-armen Blut sind 10-15% mehr Glutathion als im 02-reichen Blut nachweisbar. Belastungsabhängige S02-Unterschiede im Blut scheinen jedoch zu gering, um hierdurch die GSH-Menge deutlich zu beeinflussen. Bei standardisierter S02 war die GSH-Menge bei Belastungen unterschiedlicher Intensität und Dauer weitgehend unverändert. In einer Querschnittsunterschung mit Breiten-/Leistungssportlern war die GSH-Menge unabhängig von Sportart und Leistungseckdaten. Lediglich die Trainingshäufigkeit zeigte einen leicht positiven Zusammenhang zur GSH-Menge. Die prä-/analytischen Fehlermöglichkeiten bei der GSH-Bestimmung sind erheblich und sicherlich Teilursache der widersprüchlichen Literaturdaten. Nachtrag aus BISp-Jahrbuch 1996: Methodische Vorarbeiten: Bei Sauerstoffaufsättigung betrug die GSH-Konzentration 6.3 + 1.0 æmol/g Hb, bei Entsättigung 7.2 + 1.0 æmol/g Hb (p < 0.01). Die Spanne der GSH-Differenz reichte von +0.2 bis +1.8 æmol/g Hb (2.5 - 31 %). Es bestand ein linearer Zusammenhang zwischen den korrespondierenden GSH-Werten bei Sauerstoffent- und -aufsättigung [y(GSHent) = 1.01úx(GSHauf) + 0.82; r = 0.95, p < 0.01]. Querschnittuntersuchung: Aufgrund der Sättigungsabhängigkeit erfolgten alle GSH-Bestimmungen unter standardisierten Sättigungsbedingungen (2 % und 99 %). Die GSH-Konzentration war geschlechtsunabhängig. Bei den Männern ließ sich ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang zwischen GSH- und Hämoglobinkonzentration nachweisen. Die GSH-Konzentration war unabhängig von der Sportart, absoluter und relativer Maximalleistung sowie "physical working capacity" (PWC 170). Die GSH-Konzentration zwischen Freizeit- und Wettkampfsportlern unterschied sich nicht. Ein schwacher Zusammenhang mit der Anzahl der Wochentrainingsstunden wurde beobachtet (r = 0.31, p < 0.03). Kurz- und mittelfristige Arbeitswirkungen: Sowohl bei ent- als auch voll aufgesättigtem Hämoglobin konnte nach einer kurzdauernden Maximalbelastung keine Veränderung der GSH-Konzentration beobachtet werden. Unter "in vivo"-Bedingungen war die Sauerstoffsättigung bei Abbruch der Belastung zwar signifikant erhöht (51 ñ 18 % vs. 75 ñ 17 %, p < 0.01), dennoch blieb auch hier die GSH-Konzentration unverändert. Insgesamt unterschieden sich die "in vivo"-Werte nicht von denen bei voller Hämoglobinsättigung ("in vitro"). Bei den untersuchten Marathonläufern fiel der mittlere GSH-Wert von 6.6 ñ 0.6 æmol/g Hb vor dem Lauf auf 6.1 ñ 0.9 æmol/g Hb nach dem Lauf signifikant ab (p < 0.03). Innerhalb der siebenwöchigen Trainingsphase veränderten sich die Ruhewerte jedoch nicht. Die GSH-Werte der Läufer unterschieden sich nicht von denen anderer Sportartgruppen. Methodische Vorarbeiten: Die GSH-Konzentration im Blut ist abhängig von der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins. Die Differenz der GSH-Konzentration zwischen ent- und aufgesättigtem Hämoglobin beträgt ca. 0.8 æmol/g Hb. Der bei Entsättigung ermittelte Wert von 7.2 æmol/g Hb stellt wahrscheinlich eine gute Annäherung an den "wahren" intraerythrozytären Wert dar (HERING und BUSCH, 1992). Unterschiedliche Sauerstoffsättigungen könnten Teilursache der widersprüchlichen Literaturdaten zum Thema GSH und Sport sein (HEINE et al., 1995). Eine sättigungsabhängige allosterische Wechselwirkung zwischen GSH und Hämoglobinmolekül, wie sie beispielsweise für das 2,3-Diphosphoglycerat bekannt ist, könnte einen solchen Effekt verursachen. Sauerstoffsättigungsabhängig würde GSH in unterschiedlichem Ausmaß bei der methodisch notwendigen Eiweißfällung aufgrund einer Mitpräzipitation der Bestimmung entgehen. Die physiologische Bedeutung der sättigungsabhängigen GSH-Konzentration könnte darin liegen, daß bei aufgesättigtem Hämoglobin das antioxidativ wirkende GSH räumlich nah an der Quelle reaktiver Sauerstoffmoleküle sowie deren Nachfolgeprodukte ist. Dies würde zu einer sinnvollen Mitbeteiligung an der Entsorgung der Radikale noch "vor Ort" führen. GSH liegt in Anwesenheit von Proteinen zusätzlich als gemischtes Disulfid vor. Führt die Deoxygenierung zu einer Freisetzung von GSH aus den Disulfiden, würde sich hierdurch ebenfalls die intraerythrozytär ungebunden vorhandene und damit nachweisbare GSH-Menge erhöhen. Querschnittuntersuchung: Ursache der negativen Korrelation zwischen GSH- und Hämoglobinkonzentration bei gesunden mänlichen Sporttreibenden ist möglicherweise ein geringeres Erythrozytenalter bei niedrigen Hämoglobinwerten. Bei Anämikern wird die höhere GSH-Konzentration mit dem geringeren Erythrozytenalter erklärt. Bei den Frauen konnte der für die Männer beschriebene Zusammenhang möglicherweise aufgrund der relativ geringen Fallzahl nicht nachgewiesen werden. Im Querschnitt ergab sich unter standardisierten Sättigungsbedingungen keine Abhängigkeit der GSH-Konzentration von der körperlichen Leistungsfähigkeit. Beim Vergleich der Sportarten konnten keine Unterschiede in der GSH-Konzentration des Blutes nachgewiesen werden. Das energetische Anforderungsprofil für eine azyklische Sportart, wie es das Rugbyspiel darstellt, unterscheidet sich deutlich von dem einer zyklischen Sportart wie das Laufen. Die in Belastungstests nachweisbaren unterschiedlichen VO2max-Werte sowie maximalen Belastungslaktatwerte verdeutlichen dies. Damit kann man für die Rugbysportler und Marathonläufer einen sowohl intraerythrozytär als auch systemisch unterschiedlich stark auftretenden oxidativen Streß annehmen. Weder die Ergebnisse unserer Querschnittstudie noch die anderer Untersuchungen lassen aber bislang eindeutig die Aussage zu, daß vermehrter oxidativer Streß zu einer Erhöhung der GSH-Konzentration im Sinne einer positiven Adaptation des GSH-Systems führt. Kurz- und mittelfristige Arbeitswirkungen: Nach einer kurzfristigen Maximalbelastung war die GSH-Konzentration unter standardisierten Sättigkeitsbedingungen unverändert. Auch unter "in vivo" Bedingungen blieb die GSH-Konzentration trotz signifikant höherer Sauerstoffsättigung bei Abbruch der Belastung unverändert. Möglicherweise führen Veränderungen der Sättigung oberhalb von 50 % zu nur noch geringen Veränderungen der GSH-Werte. Da wir die Sättigungsabhängigkeit bislang nur durch die Messung des GSH bei den Extremwerten von 2 % und 99 % beschrieben haben, ist eine Aussage über die genaue Form der Sättigungsabhängigkeit zwischen den Extremen bislang nicht möglich. Die Ergebnisse des Maximaltests hätten damit in diesem Fall auch bei Nichtbeachtung der Sauerstoffsättigung zu keiner Fehlinterpretation des Vergleichs Vor- und Nachwerte geführt. Um dennoch mögliche Effekte auszuschließen, sollten die GSH-Bestimmungen bei standardisierter Sauerstoffsättigung erfolgen. Nach einem Marathonlauf war die GSH-Konzentration vermindert. Die auf den Körper einwirkende oxidative Belastung ist bei einer mehr als dreistündigen kontinuierlichen Submaximalbelastung deutlich höher als bei einem 30-minütigen Maximaltest. Entsprechend könnte die von uns - nur bei der Submaximalbelastung - beobachtete Abnahme der GSH-Konzentration als Ausdruck eines vermehrten intraerythrozytär wirkenden oxidativen Stresses gedeutet werden. Ursache eines erhöhten oxidativen Stresses kann der quantitativ erhöhte Sauerstoffflux sowohl intraerythrozytär als auch intramuskulär sein. Eine positive Anpassung im Sinne einer erhöhten GSH-Konzentration wurde jedoch bei den untersuchten Marathonläufern nicht beobachtet. Sport scheint damit zumindest bei Trainierenden zu keiner wesentlichen Veränderung der GSH-Konzentration im Blut zu führen. Zugleich sind die Ergebnisse Hinweis dafür, daß das intraerythrozytäre Gleichgewicht zwischen oxidativen und antioxidativen Mechanismen bei Trainierenden unter Belastung weitgehend stabil ist. Möglicherweise lassen sich aber - eventuell auch nur temporär - Anpassungen des Glutathionsystems beim Übergang vom Zustand "untrainiert" zu "trainiert" finden.