Stickstoffmonoxid (NO) im Körper – welche Wirkungen hat es?

Nitrat und NO, Wirkstoffe

Stickstoffmonoxid, auch bekannt als NO, ist ein essenzieller Botenstoff im menschlichen Körper, der eine Vielzahl von lebenswichtigen Funktionen erfüllt. Seit seiner Entdeckung in den 1990er Jahren hat die Forschung die beeindruckende Rolle von NO bei der Förderung der Herz-Kreislauf-Gesundheit und sportlichen Leistung herausgearbeitet. In diesem Beitrag wird die fundamentale Bedeutung von NO für sportliche Höchstleistungen und die allgemeine Gesundheit erläutert.

Stickstoffmonoxid (NO) – Das Molekül des Lebens

Stickstoffmonoxid, kurz NO genannt, ist das am weitesten verbreitete Signalmolekül im menschlichen Körper. Es spielt eine zentrale Rolle bei zahlreichen Prozessen, darunter die Signalübertragung der Nerven, die Immunfunktion und die Erweiterung der Blutgefäße. Nach Entdeckung der Bedeutung von NO für die Blutversorgung von Organen und seine Rolle als Botenstoff, führte dies zur Verleihung des Nobelpreises im Jahr 1998.

 

Die Funktionen von Stickstoffmonoxid (NO) im Körper

NO erweitert die Blutgefäße und verbessert die Blutzirkulation. Dies führt zu einer effizienteren Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen. Außerdem trägt es zur Vorbeugung von Arteriosklerose* bei. Stickstoffmonoxid (NO) ist daher nicht nur ein wichtiger Neurotransmitter, sondern das am weitesten verbreitete Signalmolekül im menschlichen Körper.

*Arteriosklerose: Verengung der Blutgefäße

Arteriosklerose ist eine Erkrankung, bei der sich Arterien aufgrund von Ablagerungen von Fett, Cholesterin und anderen Substanzen an den Innenwänden verengen und verhärten. Diese Ablagerungen, auch Plaques genannt, können die Arterien steif und weniger flexibel machen, was den Blutfluss beeinträchtigt und das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöht.

NO

NO ist also ein essenzieller Botenstoff, der auf das Endothel (die innersten Schicht der Blutgefäße) wirkt und so für eine Entspannung sorgt. Entspannen sich die Blutgefäße, öffnen sie sich weit, sodass der Blutfluss verstärkt wird.

Die NO Produktion im Körper

Stickstoffmonoxid kann sowohl im Körper als auch aus Nitrat produziert werden, welches in nitratreichem Gemüse enthalten ist. Der Körper wandelt dieses Nitrat mithilfe von Bakterien im Speichel in eine NO-Vorstufe um. Somit wird die Verfügbarkeit von NO im Körper erhöht.

Isst man nun zusätzlich nitratreiches Gemüse wie Rote Rübe, Spinat, Rucola oder Blattgemüse, so stellt man dem Körper Nitrat als wichtige NO-Reserve zur Verfügung. Auf diese Reserven kann unser Körper später wieder zugreifen.

Stickstoffmonoxid (NO)-Produktionswege im Körper. Es gibt zwei Wege: Einerseits über die Umwandlung von NO-Vorstufen im Speichel und andererseits aus L-Arginin vom Endothel produziert. Die Umwandlung über den Speichel wird erhöht durch die Aufnahme von Gemüse, das reich an NO-Vorstufen ist. Diese Art der Produktion ist durch das Alter unbeeinträchtigt. Die Produktion aus Arginin im Endothel wird erhöht durch regelmäßiges sportliches Training, lässt aber im Alter nach. Die Endothel-Produktion reduziert sich auf 50% dessen, was im Alter von 40 Jahren benötigt wird. Auch Training kann nicht alles kompensieren.

NO-Produktion und seine Auswirkungen

Durch den Verzehr von nitratreichem Gemüse erhöht sich die NO-Verfügbarkeit um bis zu 24 Stunden, denn der Körper besitzt dafür ein ausgeklügeltes System: Er „füttert“ mit dem Nitrat die guten Bakterien im Speichel. Wohingegen diese dann das Nitrat in eine NO-Vorstufe umwandeln, die ihm dann zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund ist der Speichelfluss und eine abwechslungsreiche Ernährung auch so wichtig.

Ursachen für den Rückgang des NO-Levels

Faktor Alter

Mit zunehmendem Alter nimmt die Produktion von Stickstoffmonoxid im Körper ab, was zu einer Vielzahl von gesundheitlichen Problemen führen kann. Studien zeigen, dass ab einem Alter von 40 Jahren nur mehr maximal die Hälfte der Menge an NO produziert wird, als im Alter von 20 Jahren. Männer produzieren mit 40 Jahren durchschnittlich nur noch 50% des NOs, Frauen können ihre NO-Produktion länger erhalten. Zwischen 40 und 50 Jahren fällt die NO-Produktion dafür umso schneller ab, sodass mit 50 Jahren nur noch 35% der NO-Produktionskapazität vorhanden ist.

Faktor L-Arginin

Die Ergänzung mit L-Arginin, einer Vorstufe von NO, ist im jungen Körper sinnvoll, aber im Alter von über 40 Jahren möglicherweise weniger effektiv.
Betrachtet man die Vorgänge im Körper und die Veränderungen, die das Alter mit sich bringt, so wird klar, dass die Ergänzung im Alter von über 40 Jahren meist verschwendetes Geld ist. Die Umwandlung von L-Arginin zu NO im Körper ist sehr komplex und, was noch wichtiger ist, sie wird mit dem Alter langsam inaktiviert. In der NO-Bereitstellung kann der Weg über L-Arginin auch umgangen werden, indem NO aus Nahrungsnitraten aus dem Gemüse hergestellt wird.

Die Bedeutung von Bewegung und Ernährung für das NO-Level

Um die NO-Level aufrecht zu erhalten, ist eine konstante Bemühung notwendig. Bewegung und eine nitratreiche Ernährung spielen hier eine ganz wesentliche Rolle, um die Herzgesundheit, die sexuelle Gesundheit, die sportliche Leistungsfähigkeit zu erhalten und sich generell energetischer zu fühlen.

Fazit

Die fundamentale Rolle von Stickstoffmonoxid für die Gesundheit:
Da Stickstoffmonoxid die Durchblutung verbessert und die Blutgefäßgesundheit unterstützt, beeinflusst es letztendlich fast jedes System im Körper. Es ist daher entscheidend, durch Bewegung und eine nitratreiche Ernährung ein angemessenes NO-Level aufrechtzuerhalten, insbesondere im Alter.

 

Wissenschaftliche Studien

Senkung des Blutdrucks um 7mmHg bei 8-facher Erhöhung des Speichelnitrits nach dem Genuss von Spinat
Effects of a nitrate-rich meal on arterial stiffness and blood pressure in healthy volunteers. Liu AH, Bondonno CP, Croft KD, Puddey IB, Woodman RJ, Rich L, Ward NC, Vita JA, Hodgson JM. 2013. Nitric Oxide 35:123-130.

Nitric Oxide fördernder Rote Beete Saft könnte hochnormalem Blutdruck effektiv senken
Enhanced Vasodilator Activity of Nitrite in Hypertension: Critical role for erythrocytic xanthine oxidoreductase and translational potential. Suborno M. Ghosh, Vikas Kapil, Isabel Fuentes-Calvo, Kristen J. Bubb, Vanessa Pearl, Alexandra B. Milsom, Rayomand Khambata, Sheiva Maleki-Toyserkani, Mubeen Yousuf, Nigel Benjamin, Andrew J. Webb, Mark J. Caulfield, Adrian J. Hobbs, Amrita Ahluwalia. 2013. Hypertension 61: 1091-1102.

Nitric Oxide fördernder Rote Beete Saft wirkt Blutgefäß-Dysfunktion bei Männern mit hohem BMI entgegen
Beetroot juice improves in overweight and slightly obese men postprandial endothelial function after consumption of a mixed meal. Joris PJ, Mensink RP. 2013. Atherosclerosis 23!:78-83.

Bei sehr intensivem Training verbessert Nahrungsnitrat die körperliche Belastbarkeit
Effects of nitrate on the power-duration relationship for severe-intensity exercise. Kelly J, Vanhatalo A, Wilkerson DP, Wylie LJ, Jones AM. 2013. Med Sci Sports Exerc. 45:1798-806.

Nitric Oxide fördernde Nahrungsmittel verbessern die Sauerstoffeffizienz bei Belastungen in großen Höhen durch Steigerung von Blutfluss und Sauerstoffsättigung
Design and conduct of ‚Xtreme Alps‘: A double-blind, randomised controlled study of the effects of dietary nitrate supplementation on acclimatisation to high altitude. Martin DS, Gilbert-Kawai ET, Meale PM, Fernandez BO, Cobb A, Khosravi M, Mitchell K, Grocott MP, Levett DZ, Mythen MG, Feelisch M; Xtreme Alps Research Group. 2013. Contemp Clin Trials. 36:450-9.

Die Zentrale Rolle von Speichel bei der Regulation der Nitric Oxide Produktion aus nitratreichen Nahrungsmitteln
The oral microbiome and nitric oxide homoeostasis.
Hezel M, Weitzberg E. 2013 Oral Dis. Jun 28.

Nitric Oxide fördernde Nahrungsmittel könnte eine bessere Glucoseaufnahme der Muskeln verbessern bei Sportlern mit intermittierenden intensiven körperlichen Belastungen
Influence of dietary nitrate supplementation on exercise tolerance and performance. Jones AM, Vanhatalo A, Bailey SJ. 2013. Nestle Nutr Inst Workshop Ser. 75:27-40

Wichtige Implikationen für die Verwendung von Rote Beete Saft zur Verbesserung der kardiovaskulären Gesundheit bei jungen Erwachsenen
Beetroot juice and exercise: pharmacodynamic and dose-response relationships. Wylie LJ, Kelly J, Bailey SJ, Blackwell JR, Skiba PF, Winyard PG, Jeukendrup AE, Vanhatalo A, Jones AM. 2013.
J Appl Physiol 115(3):325-36.

Gemüse sind die wichtigste Quelle an Nahrungsnitraten, welche den Nitrat-Nitrit-NO Stoffwechselweg fördern
Novel aspects of dietary nitrate and human health.
Weitzberg E, Lundberg JO. 2013. Annual Review Nutrition 33:129-59.

Durch Störung des Speichelnitritlevels kann eine Erhöhung des Blutdrucks bei gesunden Menschen beobachtet werden
Physiological role for nitrate-reducing oral bacteria in blood pressure control. Kapil V, Haydar SM, Pearl V, Lundberg JO, Weitzberg E, Ahluwalia A. 2013. Free Radic Biol Med. 55:93-100.

Präklinische Studie zeigt, dass Rote Beete Saft die Sauerstoffversorgung vor allem in schnellen (Typ II) Muskelfasern erhöht
Impact of dietary nitrate supplementation via beetroot juice on exercising muscle vascular control in rats. Ferguson SK, Hirai DM, Copp SW, Holdsworth CT, Allen JD, Jones AM, Musch TI, Poole DC. 2013.
J Physiol. 59:547-57.

Der positive Effekt nitratreicher Nahrungsmittel auf den Sauerstoffverbrauch bei submaximaler Belastung kann nach 2,5h festgestellt werden und bleibt erhöht für weitere 6-9h.
Dietary nitrate and O₂ consumption during exercise.
Jones AM, Bailey SJ, Vanhatalo A. 2012. Med Sport Sci. 59:29-35.

Kardioprotektive Effekte von nitratreichem Gemüse
Roles of dietary inorganic nitrate in cardiovascular health and disease.
Lundberg JO, Carlström M, Larsen FJ, Weitzberg E. 2011. Cardiovasc Res. 89(3):525-32.

Nahrungsnitrat erhöht die ATP-Synthesekapazität von aus dem Muskel isolierten Mitochondrien
Dietary inorganic nitrate improves mitochondrial efficiency in humans. Larsen FJ, Schiffer TA, Borniquel S, Sahlin K, Ekblom B, Lundberg JO, Weitzberg E. 2011. Cell Metab. 13(2):149-59.

Wichtigkeit von Nahrungsnitraten in grünem Blattgemüse und anderen nitric oxide bildungsförderndem Gemüse
Supplementation with nitrate and nitrite salts in exercise: a word of caution.
Lundberg JO, Larsen FJ, Weitzberg E. 2011. J Appl Physiol 111(2):616-7.

Sowohl eine Reduktion von VO2 max und eine Erhöhung der Zeit-zur-Erschöpfung wurde mit Nahrungsnitraten beobachtet
Dietary nitrate reduces maximal oxygen consumption while maintaining work performance in maximal exercise. Larsen FJ, Weitzberg E, Lundberg JO, Ekblom B. 2010. Free Radic Biol Med. 48(2):342-7.

Erhöhung des Speichelnitrats mit traditioneller japanischer pflanzenbasierter Ernährung, die zu einer begleitenden Verringerung des diastolischen Blutdrucks von 4,5mmHg führt
Dietary nitrate in Japanese traditional foods lowers diastolic blood pressure in healthy volunteers.
Sobko T, Marcus C, Govoni M, Kamiya S. 2010. Nitric Oxide. 22(2):136-40.

Blutdrucksenkender Effekt einer nitratreichen Ernährung wie der DASH-Diät
Inorganic nitrate supplementation lowers blood pressure in humans: role for nitrite-derived NO.
Kapil V, Milsom AB, Okorie M, Maleki-Toyserkani S, Akram F, Rehman F, Arghandawi S, Pearl V, Benjamin N, Loukogeorgakis S, Macallister R, Hobbs AJ, Webb AJ, Ahluwalia A. 2010. Hypertension. 56(2):274-81

Blutdrucksenkende Effekte der DASH-Diät könnten auf nitratreiches Gemüse zurückzuführen sein
Food sources of nitrates and nitrites: the physiologic context for potential health benefits.
Hord NG, Tang Y, Bryan NS. 2009. Am J Clin Nutr. 90(1):1-10

Unterbrechung der Biokonversion von Nitrat in Nitrit blockiert die Senkung des Blutdrucks
Acute blood pressure lowering, vasoprotective, and antiplatelet properties of dietary nitrate via bioconversion to nitrite. Webb AJ, Patel N, Loukogeorgakis S, Okorie M, Aboud Z, Misra S, Rashid R, Miall P, Deanfield J, Benjamin N, MacAllister R, Hobbs AJ, Ahluwalia A. 2008. Hypertension 51:784-90

Nitratreiches Gemüse scheint zum blutdrucksenkenden Effekt der DASH-Diät beizutragen
Effects of dietary nitrate on blood pressure in healthy volunteers. Larsen FJ, Ekblom B, Sahlin K, Lundberg JO, Weitzberg E. 2006. N Engl J Med. 355(26):2792-3

Nitritreicher Speichel erhöht die bakterizide Wirkung des Magensaftes durch die Bildung von nitric oxide
Intragastric generation of antimicrobial nitrogen oxides from saliva–physiological and therapeutic considerations. Björne H, Weitzberg E, Lundberg JO. 2006. Free Radic Biol Med. 41(9):1404-12

Bildungswege von nitric oxide im Organismus
NO generation from nitrite and its role in vascular control.
Lundberg JO, Weitzberg E. 2005. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 25(5):915-22

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