Belastungsinduzierter oxidativer Stress: DNA-Schäden und Expression von Stressproteinen in Leukozyten — Eine Übersicht

摘要

Heavy endurance exercise leads to oxidative stress, which is one feature of the inflammatory response. Leucocytes are involved in the generation of ROS such as superoxide and NO, but are also capable of expression of antioxidative stress proteins. Our studies involved a quantification of DNA damage in leucocytes and separated mononuclear cells of 10 athletes after a half marathon run (HM) using the single cell gelelectrophoresis (SCG) -assay. Additionally cytoplasmic expression of heat shock protein 70 (HSP70) and heme oxygenase-1 (HO-1) in lymphocytes (L), monocytes (M) and granu-locytes (G) was analysed by flow cyto-metry. The increase of percent DNA damaged cells 24 h after the HM was greater in total leucocytes (+ 31%) compared to separated mononuclear cells (+ 13%) indicating a greater extent of DNA effects in G. Expression of HSP70 was enhanced in M and G 3 and 24 h after HM, whereas the low HSP70-expression of L at rest was unchanged after exercise. In contrast HO-1 ppsitive L rose but G and M exhibited a greater post exercise expression of this stress protein. The results indicate, that DNA damage detected after heavy endurance exercise occu-red primarily in G. Whether the exercise induced DNA damage is caused by a direct reaction of ROS with DNA bases or if apoptosis is involved, remains unclear. The DNA effects in G and the inducible expression of antioxidative stress proteins in G and M indicate, that they are critical target cells susceptible to exerci- se induced oxidative stress.%Belastungsassoziierte immunologische Reaktionen umfassen auch die Freisetzung reaktiver Sauerstoffverbindungen (ROS), insbesondere im Rahmen der Aktivierung von Leukozyten. Das Ausmaß an daraus resultierendem oxidativem Stress und zellulärer Schädigung hängt ganz entscheidend von der Kapazität an-tioxidativer Mechanismen ab. Wir untersuchten an 10 Probanden den Einfluß einer intensiven Ausdauerbelastung auf DNA-Schäden in Leukozyten sowie daraus separierter mononukleärer Zellen und die cytoplasmatische Expression der antioxidativen Stressproteine HSP70 und Hämoxygenäse-1 (HO-1) in Lym-pho- (L), Mono-(M) und Granulozyten (G). Im single-cell-gelelectrophoresis (SCG)- Assay zeigten die Gesamtleukozyten einen Anstieg DNA-geschädigter Zellen von 2% (Medianwert) in Ruhe auf 33% 24 h nach Belastung. Eine geringere Zunahme auf 15% fand sich in den separierten mononukleären Zellen. Durch-flußzytometrisch konnte in den M und G zu allen Zeitpunkten nach Belastung ein deutlicher Anstieg HSP70-positiver Zellen beobachtet werden. Die Expression der HO-1 wurde in den L, deutlicher jedoch in M und G zu allen Zeitpunkten stimuliert. Somit zeigten sowohl DNA-Schäden als auch die Expression von HSP70 und HO-1 bevorzugt in den G, für die Stressproteine auch in den M, eine deutliche Reaktion auf die intensive Ausdauerbelastung, was wir als Folge der in diesen Zellpopulationen gesteigerten Generierung von ROS interpretieren. Dabei bleibt offen, ob den DNA-Effekten eine direkte Schädigung der DNA durch ROS oder aber Apoptose zugrunde liegt. Die gesteigerte Expression von HSP70 und HO-1 kann als Schutzmechanismus zum Erhalt von Funktion bzw.