Malondialdehyd (MDA)

Malondialdehyd (MDA; Abbauprodukt von Zellfetten) ist ein reaktives niedermolekulares Dialdehyd (kleines chemisches Molekül mit zwei Aldehydgruppen) und ein Endprodukt der Lipidperoxidation (oxidative Schädigung von Fetten) mehrfach ungesättigter Fettsäuren (bestimmte Nahrungs- und Zellfette). Es wird in der klinischen Labordiagnostik (Laboruntersuchungen zur Krankheitsabklärung) und Forschung als Biomarker (Messwert als Hinweisgeber) der oxidativen Lipidschädigung (Schädigung von Fetten durch Sauerstoffreaktionen) eingesetzt, ist jedoch kein validierter allgemeiner Screeningparameter (Suchtestwert) und kein krankheitsspezifischer Diagnostikparameter (Untersuchungswert) [1-6].

MDA entsteht vor allem beim oxidativen Abbau mehrfach ungesättigter Membranlipide (Fette der Zellhüllen). Aufgrund seiner hohen Reaktivität (Reaktionsfreudigkeit) kann MDA mit Proteinen (Eiweißen), Nukleinsäuren (Erbsubstanz-Bausteinen) und Phospholipiden (Membranfetten) Addukte (Anlagerungsprodukte) bilden und dadurch biologische Strukturen verändern. Erhöhte MDA-Konzentrationen zeigen eine vermehrte Lipidperoxidation an, erlauben aber ohne klinischen Kontext (medizinischen Zusammenhang) keine ätiologische Zuordnung (Zuordnung der Ursache) zu einer bestimmten Erkrankung [1-4].

Synonyme

• Malondialdehyd
• MDA
• Propanedial
• Malondialdehyde
• Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen (TBARS) – nur bei unspezifischer TBARS-Bestimmung, nicht gleichbedeutend mit spezifisch gemessenem MDA

Das Verfahren

Benötigtes Material

• EDTA-Plasma oder Heparinplasma – bevorzugt bei standardisierter Bestimmung
• Serum – möglich, aber präanalytisch stärker abhängig von Gerinnung (Blutgerinnung), Lagerung und Probenverarbeitung
• Urin – vor allem in wissenschaftlichen Fragestellungen; Interpretation vorzugsweise Kreatinin-bezogen
• Speichel, Gewebehomogenate (aufbereitete Gewebeproben) oder Zellkulturmaterial – überwiegend Forschungsanwendungen

Vorbereitung des Patienten

• Möglichst standardisierte Probenentnahme nach nächtlicher Nüchternphase
• Keine außergewöhnliche körperliche Belastung in den 24 h vor der Blutentnahme
• Keine fettreiche Mahlzeit unmittelbar vor der Blutentnahme
• Bei Verlaufskontrollen gleiche Tageszeit, gleiches Probenmaterial und gleiche Analysenmethode verwenden
• Supplemente (Nahrungsergänzungsmittel) mit antioxidativer Wirkung sollten dokumentiert werden; ein eigenmächtiges Absetzen ist nicht angezeigt

Störfaktoren

• Hämolyse (Zerfall roter Blutkörperchen)
• Lipämie (erhöhte Blutfette in der Probe)
• Unzureichende Kühlung oder verzögerte Probenverarbeitung
• Lange Lagerung bei Raumtemperatur
• Mehrfache Einfrier-Auftau-Zyklen
• In-vitro-Oxidation (Oxidation außerhalb des Körpers) während Gewinnung, Transport oder Lagerung
• Akute Infektionen, Entzündungen, Trauma (Verletzung), Operationen, intensive körperliche Belastung und Rauchen
• Ernährungseinflüsse, insbesondere fettreiche Mahlzeiten sowie stark antioxidativ (zellschützend gegen Sauerstoffreaktionen) oder prooxidativ (oxidationsfördernd) wirkende Ernährungs- und Supplementationsmuster
• Unspezifität des klassischen photometrischen TBARS-Tests, da auch andere thiobarbitursäurereaktive Substanzen erfasst werden können [2, 5, 6]

Methode

• Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen (TBARS)
  • Klassisches photometrisches (lichtmessendes) oder fluorometrisches Verfahren (Fluoreszenz-Messverfahren) nach Derivatisierung (chemischer Umwandlung zur Messbarmachung) mit Thiobarbitursäure
  • Hohe Verbreitung, aber begrenzte analytische Spezifität (Messgenauigkeit für den Zielstoff)
  • Ergebnisse können MDA über- oder fehlinterpretieren, wenn keine chromatographische Trennung (stoffliche Auftrennung) erfolgt [2, 5, 6]
• Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC)
  • Bestimmung von derivatisiertem MDA nach chromatographischer Trennung
  • Spezifischer als einfache TBARS-Photometrie
  • Für quantitative Plasma-MDA-Bestimmungen gegenüber unspezifischen TBARS-Verfahren zu bevorzugen [2, 5]
• Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) oder Gaschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (GC-MS/MS)
  • Hochspezifische Spezialanalytik (besondere Laboruntersuchung)
  • Besonders geeignet für wissenschaftliche Studien und methodisch anspruchsvolle klinische Fragestellungen
  • Präanalytik (Einflüsse vor der Laboranalyse) und Probenaufarbeitung sind entscheidend für valide Ergebnisse [3, 4]
• Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS/MS)
  • Hochspezifische Spezialmethode, abhängig vom jeweiligen Laborverfahren
  • Vor allem in Forschungs- und Speziallaboratorien eingesetzt

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden- und laborabhängig. Für MDA existiert kein allgemein akzeptierter, leitlinienbasierter diagnostischer Grenzwert zur Diagnose einzelner Erkrankungen. Verlaufsbeurteilungen sind nur sinnvoll, wenn Material, Präanalytik, Methode und Labor konstant bleiben [2-6].

Indikationen 

• Beurteilung der Lipidperoxidation in wissenschaftlichen und spezialdiagnostischen Fragestellungen
• Ergänzende Bewertung oxidativer Lipidschädigung bei Studien zu kardiometabolischen (Herz-Kreislauf- und Stoffwechsel-betreffenden), entzündlichen, neurodegenerativen (nervenzellabbauenden), toxikologischen (giftstoffbezogenen) oder ernährungsmedizinischen Fragestellungen
• Verlaufsbeurteilung oxidativer Belastung in standardisierten Studien- oder Speziallabor-Settings
• Methodenvergleich und Validierung (Überprüfung der Aussagekraft) antioxidativer oder prooxidativer Interventionen (Maßnahmen) in Forschungszusammenhängen
• Nicht geeignet als allgemeiner Screeningparameter bei asymptomatischen Personen
• Nicht geeignet als isolierter Diagnostikparameter für Atherosklerose (Arterienverkalkung), Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit), neurodegenerative Erkrankungen, chronische Entzündungen, Tumorerkrankungen oder „Anti-Aging“-Fragestellungen

Interpretation

Erhöhte Werte

• Hinweis auf vermehrte Lipidperoxidation
• Möglich bei oxidativem Stress (Belastung durch schädliche Sauerstoffverbindungen) im Rahmen von Entzündung, Infektion, metabolischer Dysregulation (Stoffwechselentgleisung), intensiver körperlicher Belastung, Rauchen, Toxinexposition (Giftstoffbelastung), Ischämie-Reperfusions-Schädigung (Gewebeschädigung nach Durchblutungsmangel und Wiederherstellung der Durchblutung) oder anderen Gewebestress-Situationen
• Möglich bei kardiometabolischen, neurodegenerativen, inflammatorischen (entzündlichen) und anderen chronischen Erkrankungen, jedoch ohne ausreichende Krankheitsspezifität
• Bei TBARS-Bestimmung mögliche Überschätzung durch unspezifische Reaktionen mit anderen Aldehyden, Zuckern, Aminosäuren, Bilirubin oder weiteren Matrixbestandteilen
• Präanalytisch bedingte Erhöhung durch verzögerte Verarbeitung, unzureichende Kühlung, Lagerungsartefakte (lagerungsbedingte Verfälschungen) oder In-vitro-Oxidation möglich

Erniedrigte Werte

• In der Regel keine eigenständige klinische Bedeutung
• Möglich bei geringer Lipidperoxidation, niedriger oxidativer Belastung oder nach antioxidativ wirksamen Interventionen
• Nur im Verlauf und bei identischer Methode interpretierbar

Spezifische Konstellationen

• TBARS hoch, spezifisches MDA unauffällig
  • Hinweis auf methodische Unspezifität oder Matrixinterferenzen (Störungen durch Probenbestandteile)
• MDA erhöht, Entzündungsparameter erhöht
  • Vereinbar mit entzündungsassoziierter oxidativer Lipidschädigung; keine eigenständige ätiologische Diagnose
• MDA erhöht nach körperlicher Belastung
  • Mögliche belastungsinduzierte Lipidperoxidation; Beurteilung nur bei standardisiertem Belastungs- und Entnahmeprotokoll
• MDA-Verlauf unter Intervention
  • Nur bewertbar, wenn Probenmaterial, Präanalytik, Lagerung, Methode und Labor identisch sind

Weiterführende Diagnostik

• Bei Verdacht auf systemische Entzündung
  • Kleines Blutbild
  • Differentialblutbild
  • Entzündungsparameter – CRP (C-reaktives Protein) bzw. BSG (Blutsenkungsgeschwindigkeit)
• Bei kardiometabolischer Fragestellung
  • Nüchternglucose, HbA1c, Insulin, C-Peptid
  • Atherosklerose-Parameter – Gesamtcholesterin, LDL-Cholesterin, HDL-Cholesterin, Triglyceride, Lipoprotein (a), Apolipoprotein B
  • Leberparameter – Alanin-Aminotransferase (ALT, GPT), Aspartat-Aminotransferase (AST, GOT), Gamma-Glutamyl-Transferase (Gamma-GT, GGT), alkalische Phosphatase (AP), Bilirubin
  • Nierenparameter – Kreatinin, Cystatin C, geschätzte glomeruläre Filtrationsrate (eGFR), Harnstoff
• Bei erweiterter oxidativer Stressdiagnostik
  • F2-Isoprostane, insbesondere 8-iso-Prostaglandin F2α, als spezifischere Marker der Lipidperoxidation
  • 4-Hydroxy-2-nonenal (4-HNE) beziehungsweise 4-HNE-Addukte
  • Oxidiertes LDL, abhängig von Fragestellung und Methode
  • Proteinoxidationsmarker, zum Beispiel Protein-Carbonyle
  • DNA-Oxidationsmarker, zum Beispiel 8-Hydroxy-2’-desoxyguanosin
  • Glutathionstatus – reduziertes Glutathion (GSH), oxidiertes Glutathion (GSSG), GSH/GSSG-Quotient

Klinische Hinweise

• MDA ist ein Marker der Lipidperoxidation, aber kein spezifischer Marker für eine definierte Erkrankung.
• Die klassische TBARS-Bestimmung sollte nicht als spezifische MDA-Messung bezeichnet werden, wenn keine chromatographische Trennung oder massenspektrometrische Absicherung erfolgt.
• Für klinische Entscheidungen sind MDA-Werte allein nicht ausreichend.
• Bei präventivmedizinischer Anwendung ist eine Überinterpretation einzelner Werte zu vermeiden.
• Verlaufskontrollen sind nur bei streng standardisierter Präanalytik und identischer Methode sinnvoll.
• Bei wissenschaftlichen Fragestellungen sollten spezifische chromatographische oder massenspektrometrische Verfahren bevorzugt werden.

Literatur

1. Ayala A, Muñoz MF, Argüelles S. Lipid peroxidation: production, metabolism, and signaling mechanisms of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonenal. Oxid Med Cell Longev. 2014;2014:360438. https://doi.org/10.1155/2014/360438
2. Tsikas D. Assessment of lipid peroxidation by measuring malondialdehyde (MDA) and relatives in biological samples: Analytical and biological challenges. Anal Biochem. 2017;524:13-30. https://doi.org/10.1016/j.ab.2016.10.021
3. Tsikas D. GC-MS and GC-MS/MS measurement of malondialdehyde (MDA) in clinical studies: Pre-analytical and clinical considerations. J Mass Spectrom Adv Clin Lab. 2023;30:10-24. https://doi.org/10.1016/j.jmsacl.2023.08.001
4. Moselhy HF, Reid RG, Yousef S, Boyle SP. A specific, accurate, and sensitive measure of total plasma malondialdehyde by HPLC. J Lipid Res. 2013;54(3):852-858. https://doi.org/10.1194/jlr.D032698
5. Aguilar Diaz De Leon J, Borges CR. Evaluation of oxidative stress in biological samples using the thiobarbituric acid reactive substances assay. J Vis Exp. 2020;(159):e61122. https://doi.org/10.3791/61122
6. Del Rio D, Stewart AJ, Pellegrini N. A review of recent studies on malondialdehyde as toxic molecule and biological marker of oxidative stress. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 2005;15(4):316-328. https://doi.org/10.1016/j.numecd.2005.05.003