CH704480A2 - Verfahren zur Aufhebung oder Verminderung der negativen Folgen einer Oxidation der Zellmembranen. - Google Patents

Abstract

Nach einer Periode des Sauerstoffmangels werden die empfindlichen Zellmembranen der Zellorganellen, insbesondre der Mitochondrien, durch die darauffolgende Reoxigenation oxidiert. Dies hat oft schwerwiegende Folgen für die betroffene Person. Eine Verabreichung von energiereichen Biomolekülen, Antioxidantien, Reduktionsmitteln, Methylgruppendonatoren und Komplexbildnern bringt die normalen Zellfunktionen wieder in Gang und vermindert die negativen Folgen einer Oxidation der Zellmembranen.

Description

[0001] Organe mit einem hohen Stoffwechsel wie Gehirn, Herz und Leber verbrauchen viel Energie und Sauerstoff. Obwohl das Gehirn nur etwa 2% der gesamten Körpermasse ausmacht benötigt es 20% des umgesetzten Sauerstoffes und 60% der Glucose um seinen Energiebedarf zu decken. Gehirn und Herz sind für ihre Energieproduktion auf ständige Zufuhr von Glucose und Sauerstoff durch das Blut angewiesen, da sie selbst kaum Vorräte haben. Diese chemische Energie wird in Form von ATP (Adenosin Tri Phosphat) hauptsächlich durch aerobe Glycolyse und nachfolgende Oxidation zu Kohlendioxyd und Wasser erhalten.

[0002] Der menschliche Körper besteht aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Zellen. Jede davon erfüllt spezifische Aufgaben. Die Zelle und auch die im Inneren der Zelle enthaltenen Zellorganellen sind von einer Membrane umgeben. Die wichtigste Zellmembranen sind die äussere, alles umgebende Plasmamembran, die innere und äussere Zellkernmembran sowie die Membranen des Endoplasmatischen Retikulums, des Golgi Apparates, die innere und äussere Membran der Mitochondrien und die Membranen von Lysosomen, Peroxisomen und anderen Vesikeln des Cytoplasmas.

[0003] Die meisten dieser Membranen bestehen aus einer kontinuierlichen Doppelschicht aus amphiphatischen Lipiden (jedes dieser Moleküle verfügt über einen lipophilen, fettlöslichen Teil und einen hydrophilen, wasserlöslichen Teil) in die Proteine und andere Moleküle eingebettet sind. Die bekanntesten Membranlipide sind die Phospholipide wie Lecithin (Phosphatidylcholin) und Cholesterin.

[0004] Gehirn und Nervenzellen enthalten einen sehr hohen Anteil von circa 70% an Lipiden. [Genauere Einzelheiten siehe: Jan Koolmann, Klaus-Heinrich Röhm, Taschenatlas der Biochemie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart].

[0005] Der lipophile Teil der Phospholipide wird durch Fettsäuren gebildet. Diese sind Carbonsäuren mit einer mehr oder weniger langen unverzweigten Kohlenstoffkette. Diese reicht von C4bei Buttersäure bis C24 bei Nervonsäure. Ein Teil dieser Fettsäuren hat eine gesättigte Kohlenwasserstoffkette (z.B. Palmitin- und Stearinsäure), ein Teil ist ungesättigt und hat 1 - 2 - 3 - 4 und sogar 6 Doppelbindungen. Das sind: Öl - Linol -Linolen - Arachidon und Docosahexaensäure (DHA). Besonders Gehirn und Nervenzellen sind reich an DHA. Die ungesättigten Fettsäuren sind bei Körpertemperatur flüssig und wichtig für die Erhaltung der Fluidität der Zellmembran. Ihre Doppelbindungen sind besonders anfällig gegen Oxidation und stellen daher einen empfindlichen Teil der Zellmembran dar welcher der Hauptgegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist.

Funktionen der Zellmembranen

[0006] Abgrenzung und Isolierung von Zellen und Organellen Kontrolle des Stofftransportes Aufbau von Protonengradienten und Energiekonservierung darin Empfang extrazellulärer Signale Enzymatische Katalyse von biochemischen Reaktionen Interaktion mit anderen Zellen Verankerung des Cytoskelettes

[0007] Diese sehr skizzenhafte Aufzählung macht deutlich, dass die Zellmembran der Ort für zahlreiche biochemische Reaktionen mit intensivem Energieaustausch ist.

Sauerstoff und Energiegewinnung der Zelle

[0008] Das Feuer im Kamin das uns Wärme spendet und die Energiegewinnung in unseren Zellen basieren auf der gleichen chemischen Reaktion - der Oxidation. Diese beruht auf der Übertragung von Elektronen vom Elektronendonator (der daher selbst oxidiert wird) zum Elektronenakzeptor (der daher selbst reduziert wird). Diese beiden Stoffe bilden ein Redox-System. In biologischen Redox-Systemen zur Energiegewinnung ist Sauerstoff der wichtigste Elektronenakzeptor (=Oxidationsmittel) und wird dabei selbst zu Wasser und CO2 reduziert. Die dabei gewonnene Energie wird in Form von ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert. Bei Abspaltung einer Phosphatgruppe von ATP wird Energie frei welche durch energetische Kopplung für Bewegung, Biosynthesen und Transportprozesse in den so genannten Ionenpumpen der Membranen verwendet wird.

Wichtige Wege der Energie (= ATP) Erzeugung

1. Citrat - Zyklus

[0009] Der Zitrat - Zyklus findet in den Mitochondrien (= Kraftwerk der Zelle) statt. Er erhält die Acetylreste (CH3- CO») von der Fettsäureoxidation. In dieser Reaktionsfolge werden aus einem Acetylrest ein Molekül GTP (Guanosintriphosphat), drei Moleküle NADH (reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) und ein QH2 (reduziertes Ubichinon) gebildet. Durch die anschliessende oxidative Phosphorylierung gewinnt die Zelle insgesamt 10 ATP pro Acetylgruppe.

2. Oxidative Phosphorylierung

[0010] Sie bildet den grössten Teil des zellulären ATP und findet ebenfalls in den Mitochondrien statt. Wie der Name schon andeutet kann sie nur in Gegenwart von Sauerstoff ablaufen. Ein Teilprozess der oxidativen Phosphorylierung ist die Atmungskette. Sie katalysiert mit Hilfe des Enzyms Cytochrom-C-Oxidase den stufenweisen Transport der Elektronen von den reduzierten Molekülen NADFI + und QH2 (aus dem Zitrat-Zyklus kommend) auf molekularen Sauerstoff. Da all diese Reaktionen an den Membranen der Mitochondrien stattfinden kann man sich vorstellen, dass eine intakte Membranstruktur für die Erhaltung der Energiegewinnung von grosser Bedeutung ist.

3. Aerobe Glycolyse

[0011] Diese findet im Cytoplasma der Zelle statt. Sie liefert pro Molekül Glucose jeweils zwei Moleküle Pyruvat (CH3-CO-COO<->), ATP und NADH. Pyruvat und NADH gelangen in die Mitochondrien und werden dort mit Sauerstoff zur weiteren Erzeugung von ATP metabolisiert.

4. Anaerobe Glycolyse

[0012] Sie ist für tierische Zellen die einzige Möglichkeit ATP bei Sauerstoffmangel zu gewinnen und stellt eine wichtige Überlebensmöglichkeit bei Sauerstoffmangel dar. Die anaerobe Glycolyse erfolgt über Pyruvat zur ATP Erzeugung und ist energetisch weit ungünstiger da aus einem Molekül Glucose nur 2 ATP entstehen. Dabei bildet sich Laktat welches ins Blut abgegeben wird. Eine Anhäufung von Laktat kann als Biomarker für Sauerstoffmangel angesehen werden.

5. Hexose - Monophosphat Weg

[0013] Dieser oxidative Mechanismus findet wie die Glycolyse im Cytoplasma der Zelle statt und liefert von Glucose ausgehend wichtige Zwischenprodukte. Die Zelle kann einen Teil derselben über Glycolyse - Citrat-Zyklus und Atmungskette zur ATP-Gewinnung verwenden.

Sauerstoffmangel (Hypoxie, Ischämie

[0014] Hypoxie ist ein Mangel an Sauerstoff auf Zellebene. Man unterscheidet 4 Typen: <tb>1.<sep>Ischämische oder stagnierende Hypoxie - der Blutzufluss ist unterbrochen oder zu schwach um eine ausreichende Sauerstoffzufuhr zu gewährleisten. <tb>2.<sep>Histotoxische Hypoxie - ein Toxin hindert die Zellen den vorhandenen Sauerstoff zu nutzen. <tb><sep>Anämische Hypoxie - der Hämoglobingehalt der Erythrocyten ist zu niedrig um ausreichend Sauerstoff zu liefern. <tb>4.<sep>Hypoxische Hypoxie - der Sauerstoffgehalt in der Atemluft ist zu gering. Daher ist sein Gehalt im arteriellen Blut zu niedrig.

[0015] Wird die Sauerstoffzufuhr zur Zelle unterbrochen fehlt O2als Elektronenakzeptor für die Atmungskette. Dadurch kommen ATP-Synthese und der gesamte Stoffwechsel der Mitochondrien zum Stillstand. NADH+ H<+> und QH2können nicht mehr zu NAD<+>< >oxidiert werden. Dies verhindert den Citrat-Zyklus und weitere wichtige Reaktionen (Pyruvat-Dehydrogenase, Beta Oxidation, Malatshuttle, Abbau der Aminosäuren). Als einzige Möglichkeit zur ATP-Gewinnung bleibt die anaerobe Glycolyse. Diese endet mit dem Verbrauch des Vorrates an Glucose. ATP liefert auch die Energie für die Funktion der Ionenpumpen in der Zellmembran welche Membranpotential und Protonengradient aufrechterhalten. Sauerstoffmangel bringt auch die Ionenpumpen zum Erliegen. Bei Ischämie wird eine Anhäufung der excitatorischen Aminosäure Glutamat beobachtet. Dies deutet ebenfalls auf eine Störung der Membran in den Mitochondrien hin. Das Enzym Glutamatdehydrogenase überführt Glutamat mit Hilfe von NAD<+> oder NADP<+> in Ketoglutarat und letztlich in Harnstoff. Es ist wie andere harnstoffproduzierende Enzyme in den Mitochondrien lokalisiert. Diese Kompartimentierung in den Mitochondrien trennt auch das freie, toxische NH3 ab.

Entstehung und Reaktion freier Radikale

[0016] Freie Radikale (R°) sind sehr reaktionsfähige Moleküle mit einem oder mehreren ungepaarten Elektronen. O2 selbst besitzt 2 ungepaarte Elektronen, ist also ein Diradikal. Durch stufenweise Aufnahme des Sauerstoffmoleküls von jeweils einem Elektron entstehen das Superoxid Radikal (°02~), das Peroxyd Anion (O2») und weiterhin durch Protonierung Wasserstoffperoxid (H2O2) und das Hydroxyl Radikal (°OH). Generell werden diese Moleküle als ROS (Reaktive Oxygen Species) bezeichnet. Viele biochemische Reaktionen laufen über freie Radikale als kurzlebige Zwischenstufen ab. Freie Radikale und Peroxyde (ROS) entstehen durch folgende Einflüsse: Ionisierende Strahlen (z.B. bei Sonnenbrand) Biochemische Reaktionen, vor allem bei der Energiegewinnung in den Mitochondrien, Wärme (Verbrennungen), Kälte (Erfrierungen), Aktion der Leukozyten (Entzündungen), Katalytische Wirkung von freien Metallionen, besonders Eisen und Kupfer (freies Hämoglobin bei Verletzungen).

[0017] Die gesunde Zelle besitzt ausreichende Schutzmechanismen um sich gegen die zerstörende Wirkung der ROS zu schützen. Diese sind: Enzyme: Catalase (zersetzt Wasserstoffperoxid), Superoxiddismutase (gegen Superoxidanion) und Glutathionperoxidase (entgiftet Peroxide).

[0018] Antioxidantien: auch «freie Radikalfänger» genannt. Sie delokalisieren ungepaarte Elektronen so dass diese nicht mehr mit anderen Molekülen reagieren können. Die wichtigsten sind: Tocopherole, Carotene, Coenzym Q (Ubichinon), Bioflavonoide und andere, hauptsächlich phenolische Verbindungen (Polyphenole).

[0019] Reduktionsmittel: Vitamin C, Vitamine der B-Gruppe, Glutathion und andere. Ist die Zelle jedoch geschwächt oder übersteigt die Wirkung der ROS diese Schutzmechanismen, so erfolgt eine oxidative Schädigung der Zellmembran die über Entzündung bis zum Zelltod führen kann. Die gegen Oxidation durch ROS empfindlichsten Moleküle sind die ungesättigten Fettsäuren in den Membranen von Zelle und Zellorganellen insbesondere der Mitochondrien.

Praktisches Vorkommen der Oxidation von Zellmembranen durch unkontrollierte ROS

[0020] Viele akute und chronische Erkrankungen sind auf die Wirkung von ROS zurückzuführen. Von besonderer Bedeutung sind: Freisetzung von Eisen- und Kupferionen durch Verletzungen oder unkontrollierte Zersetzung der Erythrocyten. Der natürliche Gehalt freier Eisenionen im Cytoplasma, im Blut und der extracellulären Flüssigkeit ist extrem gering (<10<-><10> <tb>1.<sep>mol pro Liter). Das Eisen ist fest im Hämoglobin, Myoglobin und anderen Molekülen gebunden. Dies blockiert seine starke, katalytische Wirkung auf die Oxidation von Zellmembranen. <tb>2.<sep>Sauerstoffmangel (Hypoxie, Ischämie) und Reoxigenation der Zellen Dieser erfolgt bei Gehirnschlag und Herzinfarkt durch Verstopfen oder Platzen von Arterien, sowie bei Ertrinken oder Ersticken. Ein besonders wichtiges Ereignis im Leben eines Menschen ist die Geburt. Der Blutkreislauf des Babys muss sich innerhalb von kurzer Zeit vom Blut der Mutter abkoppeln und auf eigene Lungenatmung umstellen. Hierbei kann durch ungünstige Umstände ein Sauerstoffmangel eintreten. Längerer Sauerstoffmangel mit nachfolgender Reoxigenation hat fatale Folgen zuerst auf zellulärer Ebene, etwas später auf den ganzen Organismus. Das Gehirn, ein Organ welches relativ am meisten Sauerstoff verbraucht ist besonders empfindlich gegen Hypoxie und wird dadurch je nach deren Dauer mehr oder weniger irreversibel geschädigt.

Hypoxie und Reoxigenation

[0021] Die Absperrung des Blutflusses (oft auch Ischämie genannt) zum Gehirn hat nach der kurzen Zeit von ca. 10 Sekunden Bewusstlosigkeit zur Folge. Die vegetativen Strukturen im Stammhirn sind widerstandsfähiger als die Zellen des Grosshirns. Patienten die eine mehr oder weniger lange Ischämie wie einen Herzinfarkt oder Schlaganfall überleben behalten ihre vegetativen Funktionen erleiden aber oft intellektuelle Schäden. Hypoxie und nachfolgende Reoxigenation kann schwere Gehirnschäden verursachen [Lipton, P., Ischemic Cell Death in Brain Neurons, Physiological Reviews 79(4): 1431 - 1568 (1999)].

[0022] Überlebt die betroffene Person den Sauerstoffmangel so führt die Atemluft über das Blut wieder frischen Sauerstoff zu (Reoxigenation). Bei zahlreichen kritischen, klinischen Situationen wird konzentrierter Sauerstoff als Atemluft gegeben. Dies erleichtert die Wiederaufnahme des natürlichen Zellstoffwechsels, erhöht jedoch beträchtlich die Möglichkeit einer unkontrollierten Oxidation der Zellmembranen. Die Membranen der Gehirnzellen und der Mitochondrien enthalten einen besonders hohen Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren und sind daher empfindlich gegen Oxidation.

[0023] Es ist bekannt, dass die meisten bleibenden Schäden nicht in der Phase der Hypoxie sondern bei der nachfolgenden Reoxigenation entstehen [A. Watsuki et al., Effect of ischemia - reperfusion on xanthine oxidase activity in fetal rat brain capillaries, Am. J. Obstet. Gynecol. 1999 Sep. 181(3):731-5]. Bei Babys die während der Geburt eine Hypoxie erlitten hat man schon mit teilweisem Erfolg versucht den Kopf des Babys mit Eiswasser abzukühlen um die Folgen der Reoxigenation zu mildern [N. Jayne Robertson, Autour de l’enfant à naitre, presentation au CHUV Lausanne, juin 2006], [T. Horiguchi, Postischemic hypothermia inhibits the generation of hydroxyl radical following transient forebrain ischemia in rats, Neural Stern Cells Compendium, May 2003, Vol. 20, No 5:511 - 520]. Abkühlung verlangsamt die biochemischen Reaktionen - also auch die Bildung von schädlichen ROS die durch die Reoxigenation entstehen.

[0024] Die Gabe von Allopurinol zeigte ebenfalls ähnlich positive Resultate da es das Enzym Xanthin Oxidase hemmt. Während der anfänglichen Hypoxie wird etwas ATP zu Xanthin zersetzt. Bei der nachfolgenden Reoxigenation wird das endotheliale Enzym Xanthin Dehydrogenase in Xanthin Oxidase umgewandelt. Diese Xanthin Oxidase katalysiert die Bildung von Superoxid (=ROS) und Harnsäure aus Xanthin und Sauerstoff. Die Nebenprodukte dieser Reaktion sind unter anderen Wasserstoffperoxid und Ammoniak welche beide eine toxische Wirkung im Gehirn haben. Allopurinol hemmt das Enzym Xanthin Oxidase und damit die Bildung von ROS. Das Verhältnis von Harnsäure zu Creatin im Urin von Neugeborenen kann als Kriterium für einen eventuellen Sauerstoffmangel bei der Geburt herangezogen werden [G. Ciler Erdag, A. Vitrinel, CanUric Acid/Creatine Ratio be Used as an Additional Marker for Neonatal Asphyxial. Int. Pediatr. 2004, 19(4):2.17 - 219]. Beide Behandlungen sind nur wirksam wenn sie unmittelbar nach der Hypoxie, das heisst vor oder bei beginnender Reoxigenation durchgeführt werden. Praktisch wurde ein Fenster von 1-3 Stunden gefunden nach dem eine Behandlung erfolglos ist da die chemischen Vorgänge der Zellschädigung irreversibel sind. Ein grosser Teil der Energie der Neuronen die in Form von ATP gespeichert ist wird zum Betrieb der Na - K Pumpe verwendet. Diese erhält die Konzentration von extracellulärem K niedrig und extracellulärem Na hoch. Eine andere ATP getriebene Ionen Pumpe hält die Konzentration des extracellulären Calciums 10 000 mal höher als im Cytoplasma der Zelle. Bereits nach wenigen Minuten ohne Blutzufuhr fehlt den Neuronen die Energie (ATP) um diese Ionen Pumpen zu betreiben. Kalium verlässt die Zellen und Natrium und Chlorid Ionen fliessen hinein da der Ionengradient an der Zellmembran zusammenbricht (Depolarisation). Die Neuronen versuchen durch anaerobe Glycolyse noch etwas ATP zu gewinnen was die Bildung von Milchsäure zur Folge hat. Daher kann in wenigen Minuten Hypoxie der extracelluläre pH von 7,3 auf 6,7 absinken [Best, B., Ischemia and Reperfusion Injury in Cryonics, HYPERLINK «http://wvvw.benbest.com/cryonics/ischemia.html» http://wvvw.benbest.com/cryonics/ischemia.html].

[0025] Die Anhäufung von Glutamat bei Ischämie weist auf eine Störung der Gliazellen hin welche normalerweise mit Hilfe von ATP und Ammoniumionen das Glutamat in Glutamin überfuhren. Glutamat ist ein excitatorischer Neurotransmitter und öffnet den NMD-Rezeptor (N-Methyl-D-Aspartat-) einen Ionenkanal der besonders häufig in Neuronen anzutreffen ist. Bei normalem Membranpotential wird dieser Kanal durch Magnesiumionen blockiert. Wegen der teilweisen oder gänzlichen Depolarisation der Membran wird die Blockade aufgehoben und Calciumionen strömen in die Zelle [William F. Ganong; Review of Medical Physiology, 22. ed. 2005, Mc Graw-Hill Comp., ISBN 0-07-144040-2].

[0026] Eine hohe Calciumkonzentration im Cytoplasma weist auch auf eine Schädigung der Membran der Mitochondrien hin welche neben der Erzeugung von Energie auch als intrazelluläres Calciumreservoir dienen. Calciumüberschuss im Zellinneren aktiviert die Enzyme Phospholipase und Lipoxigenase die weiteren Schaden und Anschwellen der Zellen und deren Tod bewirken. Siehe Best B., oben zitiert und [Kriegelstein, J. et al., The Neuroprotective Effect of Dihydrolipoic Acid, Thioctsäure, 2. Int. Thioctic Acid Workshop 1991, ISBN 3-89143-018-3].

Zusammenfassung Ischämie

[0027] Hypoxie bringt den Metabolismus der Zelle weitgehend zum Stillstand. Dadurch werden weder Energie noch wichtige Moleküle (Antioxidantien) zum Zellschutz gegen Oxidation produziert. Gehirn und Herz haben kaum Reserven. Bei Reoxigenation werden die ungesättigten Fettsäuren der schutzlosen Zellen oxidiert. Je nach Dauer der Hypoxie kann dies eine bleibende Schädigung der betroffenen Organe, vor allem des Gehirns zur Folge haben.

[0028] Sinn der vorliegenden Erfindung ist es den natürlichen Mechanismus der Energiegewinnung (ATP Erzeugung) möglichst schnell wieder in Gang zu bringen und dabei die nachteiligen Folgen der Reoxigenation das heisst die Oxidation der Lipide in den Zellmembranen durch ROS zu vermeiden oder zu verhindern.

Beschreibung der Erfindung

[0029] Der schnellste Weg eine Substanz in den Körper zu bringen geht durch Einatmen über die Lunge falls dieselbe gasförmig oder als feines Aerosol in der Atemluft verteilt ist. Nach einer Ischämieperiode erfolgt bei der Reoxigenation der erste Angriff des Sauerstoffs auf die Membranen der Lungenalveolen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden die Dämpfe von Antioxidantien und Reduktionsmitteln direkt der Atemluft beigemischt. Daher sind die oxidationsempfindlichen Fettsäuren und Thiole der Zellmembranen gegen Oxidation geschützt. Durch geeignete Auswahl und Kombination von Radikalfängern, Peroxidinaktivatoren und Reduktionsmitteln können sogar bereits oxidierte Biomoleküle, besonders -SH Gruppen von Proteinen reaktiviert werden.

Methode und Vorrichtung zur Beimischung und Prüfung der antioxidativen Schutzwirkung von Stoffen in der Atemluft

[0030] Als Versuchstiere für diese Prüfung werden vorzugsweise junge Ratten oder Rattenembryos verwendet. Eine Gruppe Versuchstiere wird einer Ischämieperiode von 10-30 Minuten ausgesetzt. Dies geschieht entweder in einer geschlossenen Kammer durch Begasung mit reinem Stickstoff [Mach, M. et al., Experimental modeling of hypoxia in pregnancy and early postnatal life, Interdisc. Toxicol. 2009, Vol.2 (1):28-32] oder durch Eintauchen in ein temperiertes Wasserbad [Hoeger, H. et al., Longterm effect of moderate and profound hypothermia on morphology, neurological, cognitive and behavioural function in a rat model of perinatal asphyxia, Amino Acids, 2006, Nov., 31(4):385-96. Epub 2006 Aug 31].

[0031] Unmittelbar nach dieser Ischämieperiode werden die Versuchstiere in eine spezielle Belüftungskammer gebracht und mit dem Atemgas beschickt. Als Urteilskriterium gilt die Anzahl der Versuchstiere die diese Behandlung unbeschadet überleben. Der Versuch mit reiner Atemluft wird als Vergleichswert herangezogen. Das Atemgas, meist normale Raumluft oder ein Gemisch aus 65% Stickstoff und 35% Sauerstoff kommt aus einer Druckflasche oder einer Luftpumpe. Es passiert einen Durchflussmesser mit Regelung und gelangt anschliessend in eine Gaswaschflasche. Die Waschlösung enthält ein oder mehrere Antioxidantien gelöst in Wasser oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel. Ist das Antioxidans nicht in Wasser löslich wird es als solches oder in einem nichtpolaren Lösungsmittel gelöst dem Wasser überschichtet. Das Atemgas tritt am Boden der Waschflasche ein und steigt in Blasen an die Oberfläche der Waschflüssigkeit. Dabei nimmt es die Dämpfe der im Wasser gelösten oder überschichteten Antioxidantien auf und leitet sie weiter zur Belüftungskammer und zu den Versuchstieren. Als Atemgas wird meist Raumluft verwendet oder ein Sauerstoff - Stickstoffgemisch das einen höheren Sauerstoffgehalt hat. In manchen Fällen sind auch 1 - 4 % Wasserstoff beigemischt der als °OH Radikalfänger bekannt ist. Bei dieser Versuchsanordnung hat sich ein Gasfluss von 500 Liter pro Stunde bewährt. Nach einer Belüftungszeit von 10 -60 Minuten werden die Versuchstiere aus der Belüftungskammer genommen und nach Zählung werden die überlebenden Tiere ihren normalen Lebensbedingungen überlassen und später genaueren Untersuchungen zugeführt.

[0032] Wie in der Einleitung beschrieben entstehen bei Reoxigenation verschiedene ROS. Von besonderer Bedeutung sind °OH und H2O2. Ein ideales Schutzgas und die gesamte Behandlung sollte gegen beide ROS wirksam sein und auch noch bereits gebildete Peroxyde in den Zellmembranen inaktivieren sowie oxidierte -SH Gruppen (-S-S-) von Proteinen und anderen Biomolekülen wieder aktivieren. Die Enzyme Glucoseoxydase, Lipoxygenase, Cyclooxygenase, Myeloperoxydase und Xanthinoxygenase welche bei Entzündungen eine Rolle spielen sollten ebenfalls auf ihre optimale biologische Konzentration und Aktivität eingestellt werden.

[0033] Diese vielfältige Aktion kann durch eine Mischung der verschiedenen Wirksubstanzen erreicht werden. Wie im Folgenden beschrieben ist es günstig die verschiedenen Darreichungsformen - über die Atemluft für flüchtige Wirkstoffe und durch intravenöse oder intraarterielle Injektion für nicht flüchtige Wirkstoffe zu kombinieren.

Die Wirksubstanzen

1. Dimethylsulfid (DMS)

[0034] CH3-S-CH3 Eine farblose, starkriechende Flüssigkeit, Kp. 37 °C, unlöslich in Wasser. Es wird vom Bioplankton der Meere produziert und gelangt in relativ grossen Mengen in die Erdatmosphäre. Es ist auch natürlicher Bestandteil von Kaffee- Kohl-, Rettich- und anderen Aromen. Anwendung in der Gaswaschflasche als 1%ige Lösung in Benzylbenzoat oder DMSO.

2. Dimethylsulfoxid (DMSO)

[0035] CH3-SO-CH3 Eine färb- und geruchlose Flüssigkeit, Kp. 189 °C, in Wasser und organischen Lösungsmitteln ausser Paraffinen löslich. Einzelheiten siehe: [Stanley W. Jacob, Don C. Wood, Dimethylsulfoxide, Voll. Basic Concepts of DMSO, Marcel Dekker, Inc., New York 1971]. Anwendung in der Waschflasche als 1 - 10%ige wässrige Lösung.

3. Methylmercaptan (Methanthiol)

[0036] CH3-SH Ein stark riechendes Ga, Kp. 6 °C, Bestandteil des Geruches von Kohl, Käse, Milch, Kaffee, Austern, Zwiebel u.a. Es wurde auch im Atem nachgewiesen. Es ist G.R.A.S. und hat die FEMA No 2716. Seine Geruchsschwelle liegt bei einer Konzentration von 0,02 ppb/1 Anwendung als 1%ige Lösung in Benzylbenzoat oder DMSO.

4. Ethylmercaptan (Ethanthiol)

[0037] CH3-CH2-SH Leicht flüchtige Flüssigkeit, Kp. 37 °C, Eigenschaften und Anwendung ähnlich wie Methylmercaptan.

5. Beta-Mercaptoethanol (2-Thioethanol)

[0038] SH-CH2-CH2OH Eine Flüssigkeit mit Kp. 157°C, löslich in Wasser und vielen organischen Lösungsmitteln. Es kann die -S-S- Brücken von oxidierten Proteinen zu -SH reduzieren. In der Immunologie wird es zur Blockade von Antigen - Antikörperreaktionen eingesetzt.

6. 2, 3-Dimercapto-1-propanol (Dimercaprol)

[0039] HS-CH2-CHSH-CH2OH Eine farblose, ölige Flüssigkeit, mit Wasser erfolgt Zersetzung. Es wirkt als Thiolgruppenlieferant und hat komplexierende Wirkung für Metalle. Seine Anwendung in der Gaswaschflasche erfolgt als 1 - 2 % ige Lösung in Benzylbenzoat. 1,4-Dimercapto-2,3-butandiol (Dithiothreitol, Clelands Reagenz) wirkt ähnlich. Es reduziert Disulfidverbindungen zu Thiolen und wird daher zur Mucolyse verwendet.

[0040] 7. Andere schwefelhaltige Moleküle die theoretisch eine Schutzwirkung haben sind: natürliche Extrakte von Liliengewächsen wie die Speisezwiebel und Knoblauch und einige der isolierten Moleküle (Cepaene, Thiosulfinsäureester, Allylisothiocyanat, Diallylsulfid, Allicin, Dimethyldisulfid, Propanthial-S-oxid und andere) haben eine Hemmwirkung auf Lipoxygenase und Cyclooxygenase. Thiophen, 2-Mercaptothiophen und andere Inhaltsstoffe von Kaffee und Kakao, natürliches oder synthetisches Kaffeeöl, Knoblauchöl, Zwiebelöl sowie Rettichextrakt können ebenfalls gute Resultate in dem beschriebenen Beatmungstest ergeben.

[0041] 8. Natürliche oder synthetische etherische Öle und Aromen mit antioxidativer Wirkung oder Inaktivierung von oxidativ wirkenden Enzymen sind: Bergamotte, Eukalyptus, Rosmarin, Vetyver, Gewürznelke, Thymian, Grapefruit, Wintergrün und deren einzelne Inhaltsstoffe sowie Methylsalicylat, Ethylsalizylat, Amylsalizylat, Vanillin, Ethylvanillin. Sie werden in Benzylbenzoat gelöst und schwimmen in der Waschflasche als Oberschicht auf dem Waschwasser.

9. Biogene Polyamine

[0042] Spermin und andere Polyamine sind wichtige biologische Antioxidantien. Spermin stabilisiert die DNA im Zellkern. Da sie wasserlöslich sind werden sie direkt 1 -5 % ig im Waschwasser gelöst.

Verabreichung mittels Aerosolnebel oder intravenöser oder intraarterieller Injektion

[0043] Viele biologische Antioxidantien sind nicht flüchtig und können daher nicht über die Waschflasche in der Atemluft gelöst werden. Das gleiche gilt auch für viele Reduktionsmittel und ATP. Bei vielen dieser Wirkstoffe ist es möglich deren wässrige Lösungen mit Ultraschall so fein zu versprühen, dass die Teilchen als Aerosol bis in die Lunge gelangen und dort absorbiert werden. Für Moleküle die nicht über die Lunge absorbiert werden erfolgt die Gabe durch parenterale Injektion in Venen oder Arterien. Die Menge der absorbierten Antioxidantien und Biomoleküle soll so bemessen sein, dass ihre Konzentration im Körper des Patienten oder des Versuchstieres die einfache bis doppelte Konzentration eines gesunden Körpers erreicht.

10. Nicotinamid (Niacinamid)

[0044] Das wasserlösliche Amid der Nicotinsäure gehört zur Gruppe der B-Vitamine. Die Vitaminwirkung von Nicotinamid und Nicotinsäure sind identisch, sie haben jedoch unterschiedliche pharmacologische Eigenschaften. Nicotinamid hat im Gegensatz zu Nicotinsäure keinen Einfluss auf Blutdruck, Puls oder Körpertemperatur. Nicotinamid hat folgende Eigenschaften: Antioxidant, lmmunmodulator, inhibiert Phosphodiesterasen und wirkt daher entzündungshemmend, Schutz gegen Nekrose. Seine cytostatische Wirkung in vitro wird durch Vitamin C, Vitamin E und Caroten stark erhöht. [N. Otte, C. Borelli, FI.C. Körting, Nicotinamide - biologic actions of an emerging cosmetic ingredient, Int. Journ. of Cosmetic Science, 2005, 27, 255-261]. Nicotinamid ist der als Wasserstoffakzeptor wirkende Teil von NAD und NADP.

[0045] 11. NAD (Nicotinamid adenin di-nucleotid) und NADP (~ phosphat) Sie wirken als Hydrid-Ion Träger und sind die wichtigsten Coenzyme für Wasserstofftransfer Reaktionen. Das Redoxsystem besteht aus der oxidierten Form NAD(P)+ die durch Aufnahme von Hydrid-Ionen in die reduzierte Form NAD(P) + H<+>übergeht. NAD + FT» überträgt Reduktionsequivalente (1e<->/H<+>) zur Atemkette und dient damit der ATP-Erzeugung. Es wirkt stärker reduzieren als Ascorbat und Tocopherol und kann Zellmembranen vor ROS schützen. NADPH + H+ ist das wichtigste Reduktionsmittel bei Biosynthesen.

12. ATP (Adenosintriphosphat)

[0046] ATP ist bekannt als der wichtigste Energieträger im Organismus. Es ist auch vasodilatorisch und vermindert im Laborversuch die Bildung von Peroxyden [Mocan H. Saruhan et al., The effect of ATP – MgCl2 on lipid peroxidation in Ischemic and reperfused rabbit kidney, European Journal of Pediatric Surgery, 9 (1): 42 - 6, 1999].

13. Folsäure

[0047] Ein Vitamin aus der wasserlöslichen Gruppe der B-Vitamine. Folsäure in seiner aktiven Form als Tetrahydrofolat (THF) ist ein Methylgruppendonator und inhibiert die Xanthinoxygenase. Sie ist stabil in neutraler Lösung. THF kann nicht nur freie Radikale inaktivieren sondern auch bereits oxidierte Thiolgruppen reparieren und trotz seiner Wasserlöslichkeit die Oxidation von Lipiden der Zellmembran inhibieren. THF wird aus Folsäure mittels des Enzyms Folatreduktase gebildet. Daher hängen die biologischen Funktionen der Folsäure von einem ausreichenden Vorhandensein an reduzierenden Equivalenten ab die von NADH + H<+> bereitgestellt werden.

14. Taurin

[0048] Taurin (Aminoethansulfonsäure, H2N-CH2-CH2-SO3H) wird in der Leber und im Gehirn aus Methionin über Cystein synthetisiert. Im jungen, wachsenden Gehirn ist seine Konzentration besonders hoch. Es ist angereichert in millimolarer Konzentration in Geweben mit hohem Membrangehalt und hoher Aktivität wie Nerven, Netzhaut und Herz. Im Gehirn wirkt es als Antagonist gegen Erregungsreize des Glutamat-NMDA-Rezeptors. Taurin senkt den intracellulären Calciumspiegel und damit die Bildung von NO (Stickstoffmonoxyd). NO wird durch Superoxid zu ONOO- (Peroxinitrit) oxidiert. Diese nitrosiert aromatische Aminosäure, oxidiert -SH Gruppen und inaktiviert SOD (Mn) [Wolfram Kersten; Paradigmenwechsel im Verständnis chronischer Zivilisationskrankheiten, Komplement. Integr. Med.-04/2009]. Taurin schützt daher die Zellmembran gegen Peroxidation, Calcium-Überlastung, Glutamat-Überaktivität und gegen Hypochlorit (OCF) welches von der Myeloperoxidase aus Wasserstoffperoxid und Chlorid Ionen gebildet wird. Taurin kommt in der Muttermilch vor, fehlt jedoch im Milchpulver aus Kuhmilch. NO selbst ist ein Radikal und kann mit anderen Radikalen reagieren. Daher ist es ein Radikalfänger oder Antioxidans besonders gegen Hydroxylradikale. Seine Reaktivität - toxisch oder schützend - hängt von seiner Konzentration ab. In relativ hoher Konzentration reagiert es mit Sauerstoff oder Superoxid zu Peroxinitrit und anderen zellschädigenden Molekülen. Wird NO jedoch kontinuierlich in geringen Mengen produziert, hat es zellschützende Eigenschaften [Manfred K. Eberhardt; Reactive Oxygen Metabolites, Chemistry and Medical Consequences, CRC Press, Boca Raton, 2001].

15. Ghitathion

[0049] Glutathion, ein Tripeptid (Gamma-Glutamylcysteinglycin) ist eines der wichtigsten, biologischen Reduktionsmittel. Reduziertes Glutathion (GSH) kann dank seiner Thiolgruppe Elektronen auf Sauerstoffradikale übertragen und sie unschädlich machen. Dabei verbinden sich zwei GSH zu Glutathiondisulfid (G-S-S-G). Dank eines bidirektionalen Transportmechanismus wird es in die Zelle aufgenommen. Seine Konzentration im menschlichen Gewebe liegt zwischen 0,1 – 10 m Mol [Ingrid Arnold, Reinhart E. Geiger, Lorenz Gesswein; Orthomolekulare Therapie, Teil 2: Glutathion gegen Krebs, raum & zeit 167/2010, 36-41]. S-Acetylglutathion wird als Pharmawirkstoff gegen eine Reihe von Krankheiten verwendet. N-Acetyl-Cystein (NAC) eine Vorstufe von GSH wirkt schleimlösend und entzündungshemmend.

16. S-Adenosyl-L-Methionin (SAMe)

[0050] SAMe ist omnipresent in allen Zellen und spielt als einer der besten Methylgruppendonatoren eine zentrale Rolle in vielen biologischen Reaktionen. Es wird aus L-Methionin und ATP mit Hilfe des Enzyms SAMesynthetase gebildet. Cofaktoren für diese Reaktion sind Vitamin B]2 und Folsäure. Eine Konzentration im Zellplasma von 20 – 50 microgramm/ml wird als günstig angegeben [Maria Elena Carabetta; S-adenosyl-L-methionina: Nuova applicazione nutrazeutica nelle sindromi depressivi, L‘Integratore Nutrizionale 12(4)2009, 33-39].

17. Cholin

[0051] Cholin, ein Aminialkohol und Bestandteil des Lecithins ist ein im Körper omnipresenter Methylgruppendonator. Besonders angereichert ist es im Gehirn, im Blut von Neugeborenen und in der Muttermilch. Seine wässrige Lösung reagiert stark basisch. Es wirkt gefässerweiternd, vermindert die Anlagerung von Körperfett, bewirkt Uteruskontraktion und regelt die Darmbewegung. In Form seines Chlorids wird es als Kochsalzersatz verwendet. Biochemische Funktionen: Lecithin- und Sphingomyelinbildung, Acetylcholinbildung Methylgruppendonator, es ist nötig für die Synthese von Methionin aus Homocystein und wird zu Betain oxidiert.

18. Betaine

[0052] Betaine sind intramolekulare Salze von quaternären Oniumbasen z.B. Ammonium, die zu der Gruppe der biogenen Amine gehören. Die zwei bekanntesten sind Glycinbetain (N-Trimethylglycin, (CH3)3N<+>-CH2-COO<->), meist als Betain bezeichnet und Carnitin (Amino-beta-hydroxybutyrobetain). Betain kommt im Fruchtwasser vor. Es kann Proteine und Membrane gegen den osmotischen Schock bei hoher Salzkonzentration schützen (Osmoprotectant). Carnitin ist weit verbreitet in allen Zellen, besonders angereichert in Herz, Leber und Gehirn. Der Herzmuskel bezieht seine Energie vorwiegend aus der Betaoxidation der Fettsäuren in den Mitochondrien. Carnitin wirkt in Form seiner Fettsäureester als Träger für diese Fettsäuren vom Cytosol in die Membrane der Mitochondrien wo Freisetzung durch Hydrolyse erfolgt. Es ist somit unentbehrlich für die Fettverbrennung. Betain und Carnitin sowie S-Adenosylmethionin und Phosphatidylcholin wirken als Lieferant von elektrophilen Methylgruppen für Transmethylierungen. Sie wurden zum Ausgleich des Redox-Status bei oxidativem Stress vorgeschlagen [Ghyczy M., Boros M.; Electrophilic methyl groups present in the diet ameliorate pathological states induced by reductive and oxidative stress: ahypothesis; Br. Journ. Nutr. 2001; 85:409-14].

19. Harnsäure

[0053] Harnsäure ist das wichtigste Reduktionsmittel im menschlichen Plasma. Seine Konzentration von 160 - 450 micro Mol ist deutlich höher als die des Ascorbates. Blut enthält 5 mg/100 ml Harnsäure. Sie wird durch die Xanthinoxidase aus Xanthin gebildet. Sie inaktiviert vor allem Hydroxyl- und Peroxyl- Radikale jedoch nicht das Superoxidanion Radikal welches ja ebenfalls bei der Xanthinoxidase -Reaktion entsteht. Harnsäure wird zu Allantoin oxidiert welches entzündungswidrige Eigenschaften besitzt. Es ist bemerkenswert, dass Harnsäure nicht mit NO, wohl aber mit ONOO<-> dem Peroxinitrit reagiert. Sie behindert also nicht die biologischen Funktionen von NO sondern schützt die Zellen vor dem schädlichen ONOO<->. Harnsäure komplexiert freie Metallionen. Dadurch schützt sie viele andere Biomoleküle vor einer metallkatalisierten Oxidation.

20. Vitamin C (Ascorbinsäure)

[0054] Ascorbinsäure ist einer der wichtigsten wasserlöslichen Reduktionsmittel und besitzt zwei leicht ionisierende H-Atome. In wässriger Lösung liegt es als Ascorbatanion vor (AH2= AH<-> + H+). Ascorbat wird zu Dehydroascorbat oxidiert und verliert dabei seine Antioxidanswirkung. Es ist Cofaktor von Hydroxylase-Enzymen welche die Synthese von Kollagen ermöglichen. Die Konzentration von Ascorbat im menschlichen Plasma liegt zwischen 27-51 microMol. In Gehirn, Herz, Leber, Niere, Pankreas und Milz ist seine Konzentration weit höher und geht bis zu 0,8 milliMol. Ascorbat im Plasma und in Leukozyten von Frühgeburten und alterskranken Menschen ist beträchtlich vermindert. Ebenso bei Krebs, Arthritis, Tuberkulose, nach Operationen mit nachfolgender Entzündung, Schlaganfall, Trauma und bei Rauchern [Hans-Anton Lehr, Rainer K. Saetzler, Karl E. Afors; Effect of Vitamin C on Leukozyte Function and Adhesion to Endothelial Cells, in Vitamin C in Health and Disease, ed. by Lester Packer, Jürgen Fuchs; Marcel Decker Inc. New York 1997].

[0055] In Gegenwart von freien Metallionen kann Ascorbat ROS bilden und als Prooxidant wirken. Es sollte daher in Kombination mit Komplexbildnern wie EDTA verwendet werden. Bei Konzentrationen bis 5 milliMol wurde noch kein prooxidierender Effekt beobachtet [Manfred K. Eberhardt; Reactive Oxygen Metabolites, Chemistry and Medical Consequences, CRC Press, Boca Raton, 2001]. Ascorbat hilft das verbrauchte Vitamin E (Tocopherole) zu regenerieren und stabilisiert damit indirekt die Zellmembranen. In wässriger Lösung wird Ascorbinsäure schnell oxidiert. Weit stabiler sind Natriumascorbat, Natriumascorbat-phosphat und Magnesiumascorbat-phosphat. Das lipophile Ascorbylpalmitat wird als besonders zellgängig empfohlen [M. Pokorski et al., Ascorbyl Palmitate as a Carrier of Ascorbate into Neural Tissues, J. Biomed. Sei., 2003; 10:193-198].

21. Vitamin E (Tocopherole)

[0056] Natürliches Vitamin E ist meist ein Gemisch von 4 Tocopherolisomeren und 4 Tocotrienolisomeren. Die letzteren mit ungesättigter Seitenkette sind als biologische Antioxidantien weit wirksamer als das meist verwendete Alpha Tocopherol. Tocopherole sind öllöslich haben aber eine hydrophile OH-Gruppe am Chromanring. Diese amphiphile Molekülstruktur erlaubt einen guten Einschluss in die Zellmembran wo es die Fluidität derselben beeinflusst. Die antioxidative Wirkung der Tocopherole findet hauptsächlich im Depotfett statt. Die meisten Antioxidant-Versuche mit Tocopherolen wurden in vitro durchgeführt. Ascorbat oder Ubiquinol (CoenzymQ) regenerieren das Tocopherolradikal welches bei der Oxidation entsteht wieder zu Tocopherol. Im Rattenversuch wirkt Tocopherol neuroprotectiv nach Ischämie/Reoxigenation [Mitsuo Yamamoto et al.; A possible Role of Lipid Peroxidation in Cellular Damages Caused by Cerebral Ischemia and the Protective Effect of Alpha-Tocopherol Administration, Stroke, vol 14,No6, nov./dec. 1983, p. 977-982].

22. Melatonin

[0057] Melatonin (N-Acetyl-5-methoxytryptamin) ist ein Hormon das hauptsächlich in der Zirbeldrüse gebildet wird. Lichteinfluss über den Sehnerv vermindert die Produktion, daher ist seine Konzentration im Gewebe nachts am höchsten. Die Melatoninsynthese wird im Alter vermindert. Melatonin ist lipophil und in den Zellmembranen besonders des Gehirns gut löslich. Dies ermöglicht seine Penetration in die Zelle und Zellorganellen. Melatonin inaktiviert Hydroxylradikale, Singuletsauerstoff und Hypochlorit. Dadurch wird das Enzym Catalase vor der Inaktivierung durch Hypochlorit bewahrt. In vitro konnte Melatonin die Autoxidation von Catecholaminen (Neurotransmitter) und den intrazellulären Einfluss von Calciumionen inhibieren.

23. Mannitol

[0058] Mannitol ist ein von Mannose abgeleiteter Zuckeralkohol (Hexitol) und in Pflanzen, Pilzen und Algen weit verbreitet. In der Literatur wird Mannitol als Scavenger für das Hydroxylradikal angegeben. Auf Grund seiner ausgesprochen guten Wasserlöslichkeit wirkt er theoretisch nur in wässrigem Milieu und nicht in Zellmembranen.

24. Carnosin

[0059] Carnosin ist ein Dipeptid (Beta-Alanin-L-Histidin). Es ist in relativ hoher Konzentration im Skelett- und Herzmuskel und im Gehirn angereichert. Menschliche cerebrospinale Flüssigkeit enthält bis zu 50 Micromol homocarnosin, Gehirnsubstanz enthält 0,3 - 0,5 mM Carnosin, Homocarnosin und Anserin. Der Imidazolring des Histidins bedingt seine Reaktivität mit dem Plydroxylradikal und Singuletsauerstoff. Es wirkt auch als Komplexbildner für Kupferionen und inaktiviert die durch Oxidation der Membranfettsäuren gebildeten Aldehyde (Malondialdehyd). Neben seiner Antioxidanswirkung ist Carnosin auch als pH-Puffer bei erhöhter Säureproduktion von Bedeutung.

25. Ubichinone (Coenzym Q)

[0060] Ubichinone (2,3-Dimethoxybenzochinon) sind in Tieren, Pflanzen und Microorganismen weit verbreitete Wirkstoffe. Sie sind besonders in der Lipoproteinfraktion der Mitochondrien zu finden. Die reduzierte Form (Ubichinol oder Ubihydrochinon) ist ausserhalb der Zellmembranen als biologisches Reduktionsmittel aktiv. Es reduziert Peroxyradikale und hilft das oxidierte Tocopherol zu regenerieren. Als lipophile Seitenkette enthalten Tocopherole einen Isoprenrest von 6 bis 10 Dehydroisopreneinheiten der die Verankerung in der Lipidmembran bewerkstelligt. Wegen ihrer Beteiligung als Coenzyme in der Atmungskette zur ATP Synthese, wobei sie als Überträger von Reduktionsequivalenten wirken, werden sie auch Coenzym Q genannt. Die häufigste Form in Säugetieren enthält 10 Isopreneinheiten in seiner lipophilen Seitenkette. Daher die Bezeichnung Coenzym Q10. Dieses hydrophobe Chinon diffundiert schnell innerhalb der inneren Mitochondrienmembran. Ubichinon kann das Alpha-Tocopherolradikal in Lipoproteinen und Membranen zu Tocopherol regenerieren [Barry Halliwell, John M.C. Gutteridge, Free Radicals in Biology and Medicine, 4.ed. 2007, Oxford Univ. Press, ISBN 978-0-19-856868-1, Standardwerk auf diesem Gebiet].

26. Liponsäure

[0061] Liponsäure (1,2-Dithiolen-3-pentensäure, Thioctsäure) ist ein Coenzym bei der Synthese von Acetyl-CoenzymA aus Pyruvat. Diese Reaktion stellt die Verbindung zwischen Glycolyse und Citratzyklus her. Das in der Glycolyse gebildete Pyruvat wird in Acetyl-CoenzymA den Brennstoff des Citratzyklus umgewandelt. Das Redoxpaar wird gebildet aus Liponsäure(disulfid)/Dihydroliponsäure(dithiol). Beide Formen zeigen Antioxidanswirkung. Die Thiolform reagiert mit allen bekannten biologischen ROS und bindet auch schädliche Schwermetallionen. Dihydroliponsäure, obwohl in sehr niedriger Konzentration vorhanden, ist ein physiologisches Antioxidans welches das biologische Redoxpotential der Zelle und das Membranpotential der Mitochondrien aufrechterhält. Bei Versuchen am isolierten Rattenherz und Rattenbein und bei Mitochondrien in Suspension konnte Dihydrolipoat die negativen Folgen von Ischämie und nachfolgender Reoxigenation teilweise ausgleichen [G. Zimmer et al.; Ischemia and Reperfusion: Effect of Antioxidants on the Function of working Rat Hearts, Rat Extremities, Mitochondria and ATP Synthesis, 2. Int. Thioctic Acid-Workshop,Schmidt/Ulrich (Herausgeber),pmi Verlag 1992].

27. Aminosäuren

[0062] Proteinogene und nicht-proteinogene Aminosäuren spielen eine bedeutende Rolle bei der Formation von biologisch aktiven Molekülen. Für Gehirn und Nerven sind von Bedeutung: L-Ornitin vermindert die Konzentration von freiem Ammoniak im Blut und Gehirn. (Ornitin-Zyklus. Damit wird eine hepatische Encephalitis verhindert welche durch einen verminderten Abbau von Ammoniak in der Leber verursacht wird. Die Aminosäuren Leucin, Isoleucin und Valin können ebenfalls freies Ammoniak im Blut vermindern. Aus Ornitin werden die Polyamine Spermidin und Spermin gebildet. Ornitin nimmt auch an der Regulierung des NMDA-Rezeptors teil. Dies wahrscheinlich über die Bildung von Spermin. Die Anwendungsformen in der Pharmazie sind das L-Omitinliydrochlorid, L-Ornitin-alpha-ketoglutarat und L-Ornitin -L-Aspartat. L-Cystein wird für die Herstellung von GSH benötigt und ist meist der limitierende Faktor dafür. Seine Anwendung erfolgt als N-Acetylcystein [Terhi Ahola, Preventive potential of N-acetylcysteine in oxidative stress-related complications of prematurity, ISBN 952-91-7212-5, Helsinki 2004].

Beispiel einer Versuchsdurchführung

[0063] Acidosis, Energiemangel, excitatorische Aminosäuren und ROS sind die Hauptursache für das Absterben der Rattenbabyes nach einer Ischämie-Reoxigenations Periode [Barbara Lubec et al., Decrease of heart proteinkinase C and cyclin-dependent kinase precedes death in perinatal asphyxia of the rat, The FASEB Journal, Vol. 11, May 1997, p. 482-492]. 100% der Rattenbabies überstehen eine Ischämieperiode von maximal 16 min. Bei 19-20 min. überleben 64%, bei 20-21 min. 40% und bei 21 - 22 min. nur mehr 5%. [Elisabetta Dell’Anna et al.; Delayed neuronal death following perinatal asphyxia in rat, Exp. Brain. Res. (1997) 115:105-115].

Reoxigenation mit Antioxidantien

[0064] 10 Rattenfötusse werden nach der in oben genannter Literatur beschriebenen Methode einer Ischämieperiode von 20 min. ausgesetzt. Unmittelbar danach werden sie in die Beatmungskammer gesetzt und 30 min. lang mit einem Luft - Antioxidantgemisch beschickt. Luftzufuhr 500 Liter pro Stunde, Befüllung der Waschflasche mit 100 ml Wasser überschichtet mit 40 g einer 1,0% igen Lösung von Antioxidant (z.B. Dimethylsulfid) in Benzylbenzoat.

[0065] Als Versuchsergebnis wird die Anzahl der überlebenden Ratten gewertet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Aufhebung oder Verminderung der negativen Folgen einer Oxidation der Zellmembranen insbesondere der Mitochondrien und anderer Zellorganellen von menschlichen Organen dadurch gekennzeichnet, dass der betroffenen Person während oder kurze Zeit nach dem Eintreten des auslösenden Ereignisses Moleküle die biochemische Energie liefern, Moleküle die eine reduzierende Wirkung haben, Moleküle die eine Antioxidanswirkung haben, Moleküle die als Methylgruppenlieferant wirken und Moleküle mit komplexierender Wirkung für freie Metallionen über die Atemluft verabreicht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Moleküle als Gas, Dampf oder feines Aerosol intensiv mit der Atemluft vermischt werden und in der Lunge (pulmonal) absorbiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pulmonale Absorption noch durch orale oder parenterale Gabe dieser Moleküle ergänzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Moleküle allein oder in Kombination miteinander verabreicht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass die energieliefernden Moleküle ATP, GTP, NADH und NADPH sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle mit reduzierender Wirkung Dimethylsulfid, Dimethylsulfoxid, Methylmercaptan, Ethylmercaptan, Furfurylmercaptan, Beta Mercaptoethanol, 2,3-Dimercapto-1-propanol, N-Acetylcystein, L-Cysteinamid, Methionin, Methioninsulfoxid, S-Methylcysteinsulfoxid, Dithiotreitol, Glutathion, Ascorbinsäure als Ascorbation, als Natriumascorbat-phosphat und Magnesiumascorbat-phosphat, Ester der Ascorbinsäure, der Thioglycolsäure und der Thiodipropionsäure und Extrakte aus Liliengewächsen wie Speisezwiebel und Knoblauch sowie biogene Polyamine insbesondere Spermidin und Spermin sowie Spermin-diphosphat sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle mit Antioxidanswirkung natürliche und synthetische etherische Öle und deren einzelne Inhaltsstoffe insbesondere Bergamotte, Eukalyptus, Rosmarin, Vetyver, Gewürznelke, Thymian, Grapefruit, Wintergrün und deren einzelne Inhaltsstoffe sowie Methylsalicylat, Ethylsalizylat, Amylsalizylat, Vanillin und Ethylvanillin sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Wirkstoffe vor der Anwendung mit Stoffen vermischt werden die eine verbesserte Aufnahme durch die Zellmembran der Lungenalveolen bewirken, im Folgenden «Carrier solvents» genannt.

9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass als «Carrier solvents» Dimethylsulfid, Dimetylsulfoxid, Methylsulfonylmethan, Limonen, Benzylbenzoat, Dihydrojasmonat, Cyclopentadecanolid, Phospholipide, insbesondere Phosphatidylcholin, Sphingolipide, insbesondere Sphingomyelin verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Substanzen mittels einer Atemmaske an den Patienten verabreicht werden.