Regeneration

Warum ist Regeneration wichtig?

Unser Körper ist ein wahres Wunderwerk. Tagtäglich stellen die Millionen von Mitochondrien die Energie für unseren Körper bereit, und zwar in der Form von ATP. Dies kannst du dir wie eine universelle Energiewährung vorstellen, mit dem wir alles bezahlen können, was Energie kostet. Ein Herzschlag, die Lösung einer schwierigen Denkaufgabe oder die Aufrechterhaltung unserer Körpertemperatur. All diese Prozesse benötigen Energie in Form von ATP. Um diese Meisterleistung noch etwas mehr zu würdigen, kannst du dir vor Augen führen, dass unser Körper täglich so viel ATP produziert, wie wir wiegen. All diese Prozesse sind hochkomplex und fehleranfällig. Schon bei 25-Jährigen zeigen die Mitochondrien erste Ermüdungserscheinungen und die Stoffwechselvorgänge laufen nicht mehr optimal. Wir tauchen mit dir ein wenig tiefer in die Stoffwechselphysiologie ein und zeigen dir, wie zelluläre Energie entsteht und warum die Regeneration dieser nicht immer optimal verläuft.

Mitochondrien und die Energie

Bevor wir uns dem Thema Regeneration mehr widmen, müssen wir uns kurz angucken, wie wir unsere Energie produzieren. Dafür wagen wir einen genaueren Blick ins Zellinnere, um genauer zu sein, in die Mitochondrien. Diese kleinen Kraftpakete befinden sich in fast jeder Zelle unseres Körpers. Als Analogie kannst du dir eine Fabrik vorstellen und das hergestellte Produkt ist ATP. Über mehrere Zwischenschritte, wie dem Citratzyklus oder der Atmungskette können wir aus Zucker (Glukose) und Sauerstoff ATP, Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser generieren. Vielleicht kennst du die einzelnen Schritte noch aus dem Biologieunterricht. Falls nicht, kannst du sie in unseren Artikeln zur Atmungskette und Mitochondrien nachlesen.

Du musst dir nicht alle Schritte merken oder sie verstehen. Es gibt aber zwei Moleküle, wo sich ein genauerer Blick lohnt: Alphaketoglutarat und NAD.

Alphaketoglutarat und der Energiestoffwechsel

Für Alphaketoglutarat existieren verschiedene Schreibweisen: Alpha-Ketoglutarat oder 2-Oxoglutarat, AKG oder Ca-AKG. Alphaketoglutarat spielt eine entscheidende Rolle bei der Energiegewinnung innerhalb der Mitochondrien. Es ist Teil des Zitronensäurezyklus (Citratzyklus), welcher einer der Zwischenschritte zur ATP-Gewinnung ist.

Ähnlich wie NAD wird es immer wieder auf- und abgebaut. Dabei verringern sich die Werte, je älter wir werden. Je nach Studie sinken die AKG-Werte um bis zu 50% im hohen Lebensalter. Interessanterweise kommt Alphaketoglutarat nicht in der Nahrung vor, dennoch benötigen wir es für die zelluläre Regeneration, insbesondere im Energiestoffwechsel. Aus diesem Grund wurde in dieser Studie untersucht, was passiert, wenn man Menschen Alphaketoglutarat gibt. Das Ergebnis war eine Reduzierung des biologischen Alters um ganze 8 Jahre im epigenetischen Test.

Nikotinamid Adenin Dinukleotid (NAD) – das Coenzym der Energieherstellung

Der Name Nikotinamid Adenin Dinukleotid mag kompliziert klingen, deshalb verwenden wir im Folgenden die Abkürzung NAD. Es existieren noch weitere Abkürzungen für das Molekül. Du wirst NAD+, NADH oder NAD+/NADH in der Literatur finden. Diese Abkürzungen beschreiben die verschiedenen Zustände des Moleküls. Der Einfachheit zuliebe bleiben wir bei NAD.

Vereinfacht heruntergebrochen ist NAD sowohl Elektronendonator als auch -akzeptor. Es kann also Elektronen auf- und wieder abgeben. Bei der Energieerzeugung nimmt NAD Elektronen auf, transportiert sie in das Innere der Mitochondrien und gibt sie dort wieder ab. So kann ein Elektronenungleichgewicht hergestellt werden, welches dann eine kleine „Enzym-Pumpe“ betreibt, die aus ADP wieder ATP macht. Ohne NAD könnten wir also gar keine Energie erzeugen.

Wusstest Du? NAD ist ein Coenzym, das bedeutet es dient als Hilfe für biochemische Reaktionen in unserem Körper. NAD ist dabei ein richtiger Allrounder und ist an über 500 verschiedenen Reaktionen im Organismus beteiligt. Allerdings sinken die NAD-Spiegel, genau wie die Alphaketoglutarat-Spiegel, mit dem Alter – sowohl bei Männern als auch bei Frauen. Uns steht also deutlich weniger des wichtigen Coenzyms zur Verfügung.

Woher kommt der Verlust von NAD?

In unserem gesamten Körper befinden sich ungefähr 3 Gramm NAD. Dieser Vorrat wird jedoch ständig ab- und wieder aufgebaut. In der Zelle gibt es drei mögliche Wege, wie wir NAD produzieren können:

• Recyclingpfad: Über die Vorstufen Nicotinamidribosid (NR) oder Nicotinamid-Mononukleotid (NMN) kann NAD hergestellt werden
• Preiss-Handler Pfad: Hier sind Vitamin B3 Vorstufen (Niacin) die Ausgangssubstanzen
• de novo Pfad: Dies ist der längste Pfad und beginnt bei der Aminosäure Tryptophan als Ausgangspunkt

Für die Frage, warum nun die NAD-Spiegel im Alter abnehmen, gibt es mehrere Theorien. Einerseits produzieren wir weniger NAD aus den Vorstufen und zum anderen ist der Abbau von NAD gesteigert. Wenn du noch einen tieferen Einblick in die Wissenschaft dahinter willst, dann kannst du dir unseren Artikel zum Thema Nicotinamid Adenin Dinukleotid durchlesen.

NAD-Level stärken – doch wie?

Nach der Theorie existieren mehrere Wege: 1) NAD-Vorstufen supplementieren 2) Schlüsselenzyme boosten 3) Den Abbau hemmen.

Bei den Vorstufen gibt es eine große Auswahl an verschiedenen Molekülen, die alle zu einer verbesserten NAD-Produktion führen können. Die Effektivität hängt von der Studie und der untersuchten Gruppe ab. In der Regel handelt es sich bei den Vorstufen im Vitamin B3 Abkömmlinge, wie dem Niacin.

Neben den Vorstufen kann man versuchen die Schlüsselenzyme in dem Stoffwechselpfad zu unterstützen. Z.B. kann das im grünen Tee enthaltene Epigallocatechingallat (EGCG) das Schlüsselenzym NMNAT stimulieren, welches den letzten Schritt in der NAD-Synthese katalysiert. So könnte grüner Tee, wie Matcha, zur Stärkung des NAD-Stoffwechsels beitragen.  Oder das pflanzliche Flavonoid Luteolin kann das Schlüsselenzym NAMPT aktivieren, wodurch NAM in NMN umgewandelt wird.

Der letzte Punkt ist den Abbau zu hemmen. Hier gibt es ein Enzym, welches insbesondere im Alter eine größere Rolle spielt. Es trägt den Namen CD38 und wird z.B. durch Entzündungsprozesse (Inflammaging) im Alter aktiviert. Mehr CD38 bedeutet weniger NAD. Auch hier existiert ein sekundärer Pflanzenstoff, der die Aktivität von CD38 hemmt. Apigenin.

Wusstest Du? Möchtest du auch deinen NAD-Spiegel messen? Mit dem europaweit ersten NAD-Test kannst du dies ganz einfach von zu Hause erledigen. In Zusammenarbeit mit der Universität Vilnius haben wir von MoleQlar einen präzisen und einfach durchzuführenden Test entwickelt. Neugierig geworden? Erfahre deine NAD-Werte und finde heraus, welche Methode dir helfen kann, einen optimalen NAD-Spiegel zu erreichen.

NAD – mehr als nur zelluläre Energie

Nachdem wir nun gesehen haben, wie wichtig das kleine Molekül NAD für unsere Energiegewinnung ist, wenden wir uns noch einem anderen Aspekt zu. Bevor wir das tun, noch ein kurzer Hinweis. Die drei Ansätze zur Stärkung der NAD-Spiegel findest du nochmal deutlich ausführlicher erklärt in unserem Artikel zum Produkt regeNAD. Da gehen wir noch tiefer in die biochemischen Hintergründe und die Studien ein und zeigen wir, warum die Kombination aus Niacin, L-Tryptophan, EGCG, Apigenin, Luteolin und Vitamin B6 im regeNAD so effektiv darin ist, die NAD-Level zu boosten.

Nun zurück zu unserem Coenzym NAD. NAD hilft nicht nur bei der Energieerzeugung, sondern spielt auch eine Rolle bei der Reparatur und dem Schutz von Zellen. Es ist beteiligt an Prozessen, die sicherstellen, dass die Zellen gesund bleiben und richtig funktionieren, indem es bei der Reparatur von DNA-Schäden hilft und die Aktivität von Enzymen unterstützt, die die Zellen vor Stress schützen.

Regeneration – von Langlebigkeitsgenen und zellulärer Energie

Nikotinamid Adenin Dinukleotid (NAD) hilft als Coenzym unserem Körper bei der Reparatur und dem Schutz von Zellen. Doch wie genau? Tagtäglich entstehen kleine Schäden in unseren Zellen. Stell dir das Ganze wie eine überdimensionale Fabrik vor. Irgendwo wird es eine Fehlzündung geben, oder Funken beschädigen die Umgebung. So ähnlich ist es auch in unserem Körper. Allein durch unsere Energieproduktion in den Mitochondrien entsteht eine potentielle Gefahrenquelle, denn die Produktion von ATP ist nichts anderes als die Knallgasreaktion – nur eben ohne den Knall, wenn alles gut geht.

Dennoch entstehen am laufenden Band freie Sauerstoffradikale, die potentiell schädlich für uns sein können. Sie beschädigen die DNA oder die Struktur in unseren Zellen. Das Kollagen kann angegriffen werden oder andere Moleküle der Zellstruktur. Um diese Schäden entweder zu beseitigen oder sie gering zu halten, hat unser Körper einige Kompensationsmechanismen. Einerseits den Radikalfänger Glutathion, den wir durch Alphaketoglutarat und GlyNAC stärken können (dazu später mehr) und zum andern unsere Reparaturmechanismen. Allen voran, die Sirtuine und die PARPs.

Sirtuine und PARPs – Regenerationsproteine für die Langlebigkeit

Die PARP-Familie ist dabei die wesentlich größere Familie. Die Unterklassen PARP1 und PARP2 benötigen NAD z.B. zur Reparatur unserer DNA.

Etwas besser erforscht sind die Sirtuine. Diese Familie, auch gerne als „Langlebigkeitsgene“ bezeichnet, besteht (derzeit) aus sieben Mitgliedern. Insbesondere Sirt1, welches durch Resveratrol aktiviert wird, und Sirt6, stehen durch Tierversuche im Fokus der Forscher. Der Harvard Professor David Sinclair ist einer der Pioniere in diesem Bereich und hat konzentriert sich auf die Interaktion zwischen den Sirtuinen und der Lebensspanne. Dabei hat er herausgefunden, dass eine Aktivierung der Sirtuine zu einem längeren Leben führen kann. Diesen Effekt erreichen sie, indem sie….

• die DNA-Reparatur fördern: Sirtuine helfen, Schäden in der DNA zu reparieren, was die genetische Stabilität erhöht und die Zellfunktion verbessert.
• Entzündung reduzieren: Sirtuine wirken entzündungshemmenden Prozessen entgegen, die oft mit Alterung und Krankheiten verbunden sind.
• Energieeffizienz verbessern: Sirtuine verbessern die Effizienz der Mitochondrien, die Energiekraftwerke der Zellen, was zu einer besseren Energieverwaltung und Langlebigkeit beiträgt.

Wusstest Du? Die PARPs werden für die Reparatur der DNA benötigt. Dafür benötigen sie einiges an Energie und NAD als Coenzym. Im Alter entstehen immer mehr DNA-Schäden (Genomische Instabilität), unter anderem durch das Inflammaging. Die PARPs werden nach oben reguliert und „verbrauchen“ mehr NAD. Dies ist eine mögliche Theorie, warum mit dem Alter die NAD-Spiegel sinken

Wie kannst du die NAD und Sirtuin-Aktivität stärken?

• Ernährung: Nahrungsmittel, die reich an Niacin (Vitamin B3) sind, unterstützen die NAD-Produktion. Polyphenole, wie sie in dunkler Schokolade, grünem Tee und Rotwein vorkommen, können ebenfalls die Sirtuin-Aktivität unterstützen.
• Kalorienrestriktion und intermittierendes Fasten: Beide wurden mit erhöhten NAD-Spiegeln und einer gesteigerten Sirtuin-Aktivität in Verbindung gebracht.
• Bewegung: Regelmäßige körperliche Aktivität fördert die Gesundheit der Mitochondrien und unterstützt höhere NAD-Spiegel.

Fasten – eine Möglichkeit die Regeneration anzukurbeln

Das Fasten hat einen festen Platz in vielen Religionen, doch durch Forscher wie Valter Longo und David Sinclair, konnten die molekularen Prozesse hinter dem Fastenprozess entschlüsselt werden. Fasten kann zur Regeneration unserer Zellen beitragen. Wenn wir z.B. beim intermittierenden Fasten (16:9) eine Zeit lang nichts essen, dann werden unsere Zellen einem „Hunger“ Signal ausgesetzt. Die Zellen werden in den Zustand der Autophagie versetzt, so dass sie eigene Bestandteile recyclen. Insbesondere in Tierstudien konnte eine Kalorienrestriktion erfolgreich das Leben der Tiere verlängern.

Auch beim Menschen gibt es Hinweise, dass Fasten mit gesundheitlichen Vorteilen einhergeht. So praktizieren die Menschen in den sogenannten Blue Zones häufig eine Form der Kalorienrestriktion.

Auf molekularer Ebene aktiviert Fasten die Sirtuine und dieser Effekt gilt als einer der Hauptgründe für die positiven gesundheitlichen Auswirkungen, nicht nur auf unseren Stoffwechsel. Auch gewisse Diätformen, wie die Sirtfood Diät - bekannt durch die Sängerin Adele - versucht sich diesen Effekt zu Nutze zu machen.

Oxidativer Stress und die zelluläre Regeneration

Wir haben bereits bei der Energieerzeugung in den Mitochondrien gesehen, dass durch den Prozess der ATP Herstellung auch einiges an Schäden für die Zelle entstehen kann. Und zwar in Form von oxidativem Stress. Damit du die Zusammenhänge besser verstehst, müssen wir einmal kurz erklären, was die Wissenschaft unter oxidativem Stress versteht und warum es für unsere zelluläre Energie und Regeneration so wichtig ist.

Oxidativer Stress ist ein Zustand, bei dem im Körper ein Ungleichgewicht zwischen freien Radikalen und Antioxidantien besteht. Stell dir unsere Zellen als Fabrik vor. Bei der Energieherstellung entstehen ständig Funken (freie Radikale). Diese können im schlimmsten Fall ein Feuer entfachen, was die ganze Fabrik zerstören würde. Aus diesem Grund gibt es „Wächter“ (Antioxidantien), die die Funken neutralisieren, bevor sie gefährlich werden.

Was sind freie Radikale?

Freie Radikale sind Moleküle mit einem ungepaarten Elektron, die sehr reaktiv sind. Sie entstehen normalerweise im Körper während verschiedener Prozesse wie der Energieerzeugung in den Zellen oder als Reaktion auf Umweltstressoren wie Rauch oder UV-Strahlung. Freie Radikale sind nicht grundsätzlich schlecht, da sie bestimmte nützliche Funktionen ausführen können, wie die Bekämpfung von Infektionen. Wir brauchen also immer ein delikates Gleichgewicht zwischen freien Radikalen und Antioxidantien.

Was sind Antioxidantien?

Antioxidantien sind die „Wächter“ in unserer Zelle, die die freien Radikale neutralisieren können, bevor sie Schaden anrichten. Diese Moleküle spenden ein Elektron an die freien Radikale, ohne selbst instabil zu werden, wodurch sie die Kette der Zerstörung unterbrechen. Antioxidantien findet man reichlich in vielen Obst- und Gemüsesorten sowie in anderen Lebensmitteln. Auch unser Körper besitzt stark antioxidativ wirkende Moleküle, wie das Glutathion.

Die Folgen von oxidativem Stress

Wenn es zu viele freie Radikale gibt und nicht genug Antioxidantien, um sie zu neutralisieren, beginnen sie, wichtige Zellbestandteile wie Proteine, Lipide und DNA anzugreifen. Dies kann zu einer Reihe von Problemen führen, darunter:

• Zellschäden und vorzeitiges Altern
• Entzündliche Zustände
• Erhöhtes Risiko für chronische Krankheiten wie Herzkrankheiten, Diabetes und Krebs

Die entzündlichen Prozesse nehmen im Alter besonders zu, weshalb auch eines der Hallmarks of Aging das Inflammaging ist.

Wie man oxidativen Stress reduziert

Es gibt verschiedene Wege, wie man den oxidativen Stress in den Griff bekommen kann:

• Ernährung: Viel Obst und Gemüse essen, das reich an Antioxidantien ist, wie Blaubeeren, Spinat, Karotten und Tomaten.
• Vermeiden von Umweltstressoren: Rauchen, übermäßiger Alkoholkonsum, UV-Strahlung und Luftverschmutzung sollten vermieden werden, da sie die Produktion von freien Radikalen fördern können.
• Bewegung: Regelmäßige körperliche Aktivität hilft, die körpereigene antioxidative Abwehr zu stärken.
• Stressmanagement: Chronischer Stress kann die Produktion von freien Radikalen erhöhen, daher ist es wichtig, effektive Stressbewältigungsstrategien zu praktizieren.

Oxidativer Stress und GlyNAC

Damit unsere Zellen optimal Energie erzeugen können, muss immer ein Gleichgewicht zwischen oxidativem Stress und Antioxidantien herrschen. Eins der wichtigsten Moleküle dafür ist Glutathion. Wenn wir uns die Leber genauer anschauen, sehen wir auch wieso. Unsere Leber filtert täglich unser Blut und entsorgt Giftstoffe. Einer der Mechanismen benötigt unter anderem Glutathion dafür. Sind unsere Glutathion-Spiegel verbraucht (wie bei einer Überdosierung von Paracetamol), so kommt unsere Leber nicht mehr hinter her. Glutathion können wir nicht wirklich gut supplementieren, da jede Körperzelle unterschiedliche Mengen an Glutathion benötigt.

Besser ist hingegen Moleküle zuzuführen, die indirekt den Glutathion Spiegel erhöhen. Dazu zählt Alphaketoglutarat und GlyNAC. GlyNAC wurde in einer randomisierten, klinischen Studie an Menschen getestet und konnte einige der Hallmarks of Aging positiv beeinflussen. Außerdem verbessert sich die Insulinsensitivität und der Blutdruck.

Fazit Regeneration

Die Zellen unseres Körpers leisten tagtäglich eine enorme Arbeit um genug Energie zu erzeugen. Gleichzeitig sinkt die Fähigkeit der Regeneration im Alter. Unter anderem durch die Hallmarks of Aging beschrieben, funktionieren unsere Mitochondrien nicht mehr so, wie sie es früher einmal getan haben. Aus diesem Grund konzentriert sich ein Teil der Longevity Forschung auf die Erhaltung der Regeneration und der zellulären Energie. Moleküle wie Alphaketoglutarat, NAD, GlyNAC, oder Apigenin sind vielversprechende Kandidaten in der Altersforschung.