Ferric Reducing Ability of Plasma (FRAP)

Ferric Reducing Ability of Plasma (FRAP) ist ein photometrisches Redox-Assay (lichtbasiertes Messverfahren für Reduktionsreaktionen) zur Bestimmung des nicht-enzymatischen Reduktionspotenzials (Fähigkeit zur Elektronenabgabe) von Plasma, Serum oder anderen biologischen Flüssigkeiten (Körperflüssigkeiten). Der Test wird in der klinischen Forschung und Ernährungsforschung als Summenparameter der nicht-enzymatischen Antioxidanskapazität (Schutzkraft gegen oxidative Belastung) eingesetzt, ist jedoch kein validierter allgemeiner Screeningparameter und kein krankheitsspezifischer Diagnostikparameter [1-5].

FRAP misst die Fähigkeit reduzierender Substanzen, Eisen(III) (Fe³⁺) zu Eisen(II) (Fe²⁺) zu reduzieren. Die Reaktion erfolgt im klassischen Testsystem bei saurem pH-Wert unter Bildung eines blau gefärbten Eisen(II)-Tripyridyltriazin-Komplexes, dessen Extinktion photometrisch gemessen wird [1].

Synonyme

• Ferric Reducing Ability of Plasma
• Ferric Reducing Antioxidant Power
• FRAP-Assay
• FRAP-Test
• Nicht-enzymatische Antioxidanskapazität
• Total Antioxidant Capacity (TAC), methodenspezifisch

Grundlagen

• FRAP ist ein elektronentransferbasierter Antioxidans-Assay und erfasst vor allem niedermolekulare wasserlösliche Reduktionsäquivalente [2-4].
• Wesentliche Beitragsgrößen im Plasma sind insbesondere Harnsäure, Ascorbinsäure, Bilirubin, Albumin-gebundene Reduktionskapazität und diätetisch beeinflusste Polyphenol-Metabolite [1-5].
• Lipophile Antioxidantien, enzymatische Antioxidanssysteme und zelluläre Redoxmechanismen (Vorgänge zur Regulation von Oxidation und Reduktion in Zellen) werden durch FRAP nicht vollständig erfasst [2-5].
• FRAP ist daher kein direkter Marker für oxidativen Stress (oxidative Belastung), sondern ein methodenspezifischer Summenmarker des Reduktionspotenzials unter definierten In-vitro-Bedingungen (Bedingungen außerhalb des Körpers) [2-5].

Das Verfahren

Benötigtes Material

• Serum
• Plasma, bevorzugt standardisiert nach laborspezifischer Präanalytik (Probenvorbereitung vor der Messung)
• Urin, Speichel, Liquor (Nervenwasser) oder andere biologische Flüssigkeiten nur im Rahmen validierter Spezialprotokolle

Vorbereitung des Patienten

• Nüchternblutabnahme empfohlen, insbesondere bei Verlaufsuntersuchungen oder Studienprotokollen
• Standardisierte Probenentnahme zu vergleichbarer Tageszeit empfohlen
• Keine außergewöhnliche körperliche Belastung innerhalb von 24 Stunden vor der Probenentnahme
• Keine kurzfristige hochdosierte Antioxidans-Supplementierung vor der Probenentnahme, sofern nicht explizit Teil der Fragestellung
• Ernährungsanamnese (Erfassung der Ernährungsvorgeschichte), Supplementanamnese (Erfassung der Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln), Alkoholaufnahme, Nikotinkonsum und aktuelle Medikation dokumentieren

Störfaktoren

• Nahrungsaufnahme, insbesondere polyphenolreiche Lebensmittel, Vitamin-C-reiche Lebensmittel und Supplemente
• Harnsäurekonzentration, da Harnsäure einen wesentlichen Anteil am FRAP-Signal ausmachen kann
• Hyperbilirubinämie (erhöhte Bilirubinwerte), Hämolyse (Zerfall roter Blutkörperchen), Lipämie (Trübung des Blutes durch Fette) und ausgeprägte Probenverfärbung
• Akute Infektionen (Ansteckungserkrankungen), systemische Entzündungen (den ganzen Körper betreffende Entzündungen), Fieber, Operationen und Traumata (Verletzungen)
• Intensive körperliche Belastung vor der Probenentnahme
• Nierenfunktionsstörungen mit veränderter Harnsäure- und Metabolitenclearance (Ausscheidung von Stoffwechselprodukten)
• Lebererkrankungen mit veränderter Bilirubin-, Albumin- und Metabolitenkonzentration
• Medikamente und Supplemente mit antioxidativer, prooxidativer oder urikosurischer Wirkung
• Nicht standardisierte Lagerung, wiederholtes Einfrieren/Auftauen, verzögerte Zentrifugation und längere Lagerungsdauer

Methode

• Photometrisches Reduktionsassay mit Eisen(III)-Tripyridyltriazin-Komplex bei saurem pH-Wert
• Messung der Extinktion typischerweise bei 593 nm
• Kalibration häufig mit Eisen(II)-Sulfat oder Trolox, abhängig vom Testprotokoll
• Angabe typischerweise als µmol Fe²⁺-Äquivalente/L oder µmol Trolox-Äquivalente/L
• Ergebnisse sind methoden-, kalibrator-, matrix- und laborabhängig und zwischen Laboren nur eingeschränkt vergleichbar

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden- und laborabhängig. Für FRAP existieren keine allgemein akzeptierten diagnostischen Cut-off-Werte für Erkrankungen oder Präventionsentscheidungen [2-5].

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Forschungsfragestellungen zur nicht-enzymatischen Antioxidanskapazität in Plasma, Serum oder anderen biologischen Flüssigkeiten
• Ernährungswissenschaftliche Studien zur Wirkung von Lebensmitteln, Diäten, Polyphenolen oder Supplementen auf das Reduktionspotenzial
• Interventionsstudien bei oxidativer Dysbalance (Ungleichgewicht durch oxidative Belastung), wenn FRAP als sekundärer oder explorativer Endpunkt definiert ist
• Vergleichende Untersuchungen bei kardiometabolischen, nephrologischen, hepatologischen, entzündlichen oder neurodegenerativen Erkrankungen im Studienkontext
• Methodenvergleich mit anderen Antioxidans-Assays, zum Beispiel Oxygen Radical Absorbance Capacity, Trolox Equivalent Antioxidant Capacity, 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl-Assay oder zellbasierten Redoxmarkern

FRAP ist nicht geeignet als alleiniger klinischer Screeningtest für oxidativen Stress, nicht geeignet zur Diagnose einzelner Erkrankungen und nicht geeignet zur Steuerung einer Antioxidans-Supplementierung ohne klinische Gesamtbewertung [2-5].

Interpretation

Erhöhte Werte

• Erhöhtes nicht-enzymatisches Reduktionspotenzial der untersuchten Probe
• Mögliche Konstellationen:
  • Hohe Harnsäurekonzentration
  • Hohe Ascorbinsäurezufuhr oder Vitamin-C-Supplementierung
  • Polyphenolreiche Ernährung oder kurzfristige Aufnahme antioxidativ wirksamer Lebensmittel
  • Hyperbilirubinämie
  • Methodische oder präanalytische Einflüsse
• Ein erhöhter FRAP-Wert ist nicht automatisch gleichbedeutend mit einem günstigeren klinischen Redoxstatus (Gleichgewicht zwischen oxidativer Belastung und Schutzmechanismen), da einzelne Beitragsgrößen wie Harnsäure selbst mit metabolischen und kardiovaskulären Risikokonstellationen assoziiert sein können.

Erniedrigte Werte

• Vermindertes nicht-enzymatisches Reduktionspotenzial der untersuchten Probe
• Mögliche Konstellationen:
  • Niedrige Ascorbinsäure- oder Polyphenolzufuhr
  • Malnutrition (Mangelernährung) oder einseitige Ernährung
  • Chronische Erkrankungen mit erhöhter oxidativer Belastung
  • Entzündliche Erkrankungen oder akute systemische Belastung
  • Lebererkrankungen mit verminderter Albumin- oder Bilirubinkonzentration
  • Methodische oder präanalytische Einflüsse
• Ein erniedrigter FRAP-Wert belegt nicht isoliert oxidativen Zellschaden (Schädigung von Zellen durch oxidative Belastung) und ersetzt keine spezifischen Biomarker der Lipidperoxidation (Fettschädigung durch Oxidation), Proteinoxidation (Eiweißschädigung durch Oxidation), DNA-Oxidation (Erbgutschädigung durch Oxidation) oder enzymatischen antioxidativen Abwehr.

Spezifische Konstellationen

• Bei Hyperurikämie (erhöhte Harnsäure im Blut) kann FRAP überschätzt werden, da Harnsäure einen wesentlichen Beitrag zum Reduktionssignal leistet.
• Bei Lebererkrankungen kann die Interpretation durch Veränderungen von Bilirubin, Albumin und metabolischer Zusammensetzung der Probe erschwert sein.
• Bei Niereninsuffizienz (Nierenschwäche) kann die Interpretation durch Retention (Zurückhalten) reduzierender Metabolite und veränderte Harnsäurekonzentrationen verfälscht sein.
• Bei Supplementstudien muss die kurzfristige postprandiale Änderung der Antioxidanskapazität von längerfristigen biologischen Effekten unterschieden werden.
• FRAP sollte bei klinischen Fragestellungen nur zusammen mit Anamnese (Krankengeschichte), Ernährungsstatus, Entzündungsparametern, Nierenparametern, Leberparametern und gegebenenfalls spezifischen oxidativen Stressmarkern interpretiert werden.

Weiterführende Diagnostik

• Basisdiagnostik je nach Fragestellung:
  • Entzündungsparameter – CRP (C-reaktives Protein) bzw. BSG (Blutsenkungsgeschwindigkeit)
  • Nierenparameter – Kreatinin, Harnstoff, Cystatin C, geschätzte glomeruläre Filtrationsrate
  • Leberparameter – Alanin-Aminotransferase (ALT, GPT), Aspartat-Aminotransferase (AST, GOT), Gamma-Glutamyl-Transferase (Gamma-GT, GGT), alkalische Phosphatase, Bilirubin, Albumin
  • Harnsäure
  • Glucose, HbA1c, Lipidstatus bei kardiometabolischer Fragestellung
• Spezifische Marker oxidativer Schädigung:
  • Malondialdehyd (MDA)
  • F₂-Isoprostane
  • Oxidiertes Low-Density-Lipoprotein
  • 8-Hydroxy-2'-Desoxyguanosin
  • Protein-Carbonyle
• Antioxidative Systeme:
  • Glutathion (GSH/GSSG)
  • Superoxiddismutase
  • Glutathionperoxidase
  • Katalase
  • Vitamin C, Vitamin E, Carotinoide, Selen und Zink bei entsprechender Fragestellung

Klinische Hinweise

• FRAP ist analytisch etabliert, aber klinisch nur eingeschränkt standardisiert.
• FRAP misst ein chemisches Reduktionspotenzial unter In-vitro-Bedingungen und keine vollständige antioxidative Schutzfunktion des Organismus.
• FRAP erfasst keine enzymatischen antioxidativen Systeme und keine lokalisierte zelluläre Redoxregulation.
• FRAP ist stark abhängig von Harnsäure, Ascorbinsäure, Bilirubin, Ernährung, Supplementen, Matrix, Kalibrator und Präanalytik.
• Ein isolierter FRAP-Wert sollte nicht zur Diagnose, Risikostratifizierung oder Therapieentscheidung verwendet werden.
• Für klinische Fragestellungen ist FRAP allenfalls als ergänzender Forschungs- oder Verlaufsparameter innerhalb eines standardisierten Protokolls geeignet.

Literatur

1. Benzie IFF, Strain JJ. The Ferric Reducing Ability of Plasma (FRAP) as a Measure of “Antioxidant Power”: The FRAP Assay. Anal Biochem. 1996;239(1):70-76. https://doi.org/10.1006/abio.1996.0292
2. Prior RL, Wu X, Schaich K. Standardized Methods for the Determination of Antioxidant Capacity and Phenolics in Foods and Dietary Supplements. J Agric Food Chem. 2005;53(10):4290-4302. https://doi.org/10.1021/jf0502698
3. Apak R, Özyürek M, Güçlü K, Çapanoğlu E. Antioxidant Activity/Capacity Measurement. 1. Classification, Physicochemical Principles, Mechanisms, and Electron Transfer (ET)-Based Assays. J Agric Food Chem. 2016;64(5):997-1027. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b04739
4. Apak R, Özyürek M, Güçlü K, Çapanoğlu E. Antioxidant Activity/Capacity Measurement. 2. Hydrogen Atom Transfer (HAT)-Based, Mixed-Mode (Electron Transfer (ET)/HAT), and Lipid Peroxidation Assays. J Agric Food Chem. 2016;64(5):1028-1045. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b04743
5. Kotha RR, Tareq FS, Yildiz E, Luthria DL. Oxidative Stress and Antioxidants-A Critical Review on In Vitro Antioxidant Assays. Antioxidants (Basel). 2022;11(12):2388. https://doi.org/10.3390/antiox11122388