Superoxiddismutase (SOD)

Superoxiddismutase (SOD) (Schutzenzym gegen aggressive Sauerstoffverbindungen) ist ein metalloenzymatisches antioxidatives Enzymsystem (metallabhängiges körpereigenes Schutzsystem), das Superoxidradikale (aggressive Sauerstoffteilchen) (O₂^•−) durch Dismutation (Umwandlungsreaktion) zu Wasserstoffperoxid (H₂O₂) und molekularem Sauerstoff (O₂) umsetzt. Es gehört zu den zentralen enzymatischen Schutzsystemen gegen reaktive Sauerstoffspezies (aggressive Sauerstoffverbindungen) und wird in der klinischen Labordiagnostik (Laboruntersuchung) und Forschung zur Beurteilung der enzymatischen antioxidativen Kapazität (Schutzleistung gegen aggressive Sauerstoffverbindungen) und ausgewählter Fragestellungen des oxidativen Stresses (Ungleichgewicht zwischen aggressiven Sauerstoffverbindungen und Schutzmechanismen) eingesetzt [1-3].

Die Bestimmung der SOD-Aktivität (Enzymaktivität der Superoxiddismutase) ist kein validierter allgemeiner Screeningparameter (Suchtestwert) und kein krankheitsspezifischer Diagnostikparameter (Untersuchungswert zur Krankheitserkennung). Die Aussagekraft hängt wesentlich vom Untersuchungsmaterial, der Präanalytik (Probenvorbereitung vor der Messung), der analytischen Methode (Messverfahren), der erfassten Isoform (Enzymform) und der klinischen Fragestellung ab [2-4].

Synonyme

• Superoxid-Dismutase
• Superoxiddismutase
• SOD
• Superoxide dismutase
• Cu/Zn-SOD, SOD1
• Mn-SOD, SOD2
• Extrazelluläre SOD, EC-SOD, SOD3

Grundlagen

• Physiologische Funktion (natürliche Aufgabe)
  • SOD katalysiert (beschleunigt) die Umwandlung des Superoxidradikals in Wasserstoffperoxid und Sauerstoff.
  • Das entstehende Wasserstoffperoxid wird anschließend vor allem durch Katalase (Schutzenzym), Glutathionperoxidase (Schutzenzym) und Peroxiredoxine (Schutzproteine) weiter entgiftet.
  • Eine isolierte SOD-Bestimmung bildet daher nur einen Teil des antioxidativen Netzwerks (Schutzsystems gegen aggressive Sauerstoffverbindungen) ab und muss im Kontext weiterer Redoxmarker (Messwerte des Sauerstoff-Stoffwechselgleichgewichts) interpretiert werden [1, 2].
• Isoformen
  • SOD1 – kupfer-/zinkabhängige Superoxiddismutase, überwiegend zytosolisch (in der Zellflüssigkeit gelegen), zusätzlich im mitochondrialen Intermembranraum (Zwischenraum der Zellkraftwerke).
  • SOD2 – manganabhängige Superoxiddismutase, lokalisiert in der mitochondrialen Matrix (Innenraum der Zellkraftwerke).
  • SOD3 – extrazelluläre Superoxiddismutase, vor allem im Extrazellulärraum (Raum außerhalb der Zellen), an Matrixstrukturen (Stützstrukturen des Gewebes) und Gefäßwänden (Wänden der Blutgefäße) [1].
• Biologische Einordnung
  • Erhöhte oder erniedrigte SOD-Aktivitäten können adaptive (anpassende), kompensatorische (ausgleichende) oder dekompensierte Redoxkonstellationen (Störungen des Sauerstoff-Stoffwechselgleichgewichts) widerspiegeln.
  • Ein hoher SOD-Wert bedeutet nicht automatisch einen günstigen antioxidativen Status (Schutzstatus gegen aggressive Sauerstoffverbindungen), da er auch Ausdruck einer verstärkten Superoxidbelastung (Belastung durch aggressive Sauerstoffteilchen) oder kompensatorischer Enzyminduktion (vermehrte Enzymbildung als Ausgleich) sein kann [1-3].
  • Ein niedriger SOD-Wert kann auf verminderte enzymatische antioxidative Kapazität hinweisen, ist aber ohne Kenntnis von Entzündung, Hämolyse (Zerfall roter Blutkörperchen), Metallstatus (Versorgung mit bestimmten Metallen), Medikation (Arzneimitteleinnahme) und Komorbidität (Begleiterkrankung) nicht spezifisch interpretierbar [2, 3].

Das Verfahren

Benötigtes Material

• EDTA-Vollblut mit Erythrozytenlysat (aufgelöste rote Blutkörperchen) – bevorzugt für die Bestimmung der erythrozytären SOD-Aktivität (SOD-Aktivität in roten Blutkörperchen)
• Serum oder Plasma – für methodenabhängige Gesamt-SOD-Aktivität beziehungsweise SOD-Isoformkonzentrationen (Mengen einzelner SOD-Formen)
• Liquor (Nervenwasser), Gewebehomogenat (aufbereitete Gewebeprobe) oder Zelllysat (aufgelöste Zellen) – nur bei speziellen wissenschaftlichen oder hochspezialisierten Fragestellungen

Vorbereitung des Patienten

• Möglichst standardisierte Blutentnahme, vorzugsweise morgens und nüchtern.
• Keine intensive körperliche Belastung 24-48 Stunden vor der Probenentnahme, sofern die Bestimmung zur Beurteilung des basalen Redoxstatus (grundlegenden Sauerstoff-Stoffwechselgleichgewichts) erfolgt.
• Antioxidative Supplemente (ergänzende Schutzstoffe), hochdosierte Mikronährstoffe (Vitamine und Spurenelemente), entzündungshemmende Medikation und akute Infektionen (ansteckende Erkrankungen) sollten dokumentiert werden.
• Bei Verlaufskontrollen sollte die Probenentnahme unter vergleichbaren Bedingungen erfolgen.

Störfaktoren

• Hämolyse – relevante Freisetzung erythrozytärer SOD mit potenziell falsch hohen Werten in Serum oder Plasma.
• Unstandardisierte Probenverarbeitung – verzögerte Zentrifugation (Trennung durch Schleudern), unzureichende Kühlung, wiederholtes Einfrieren/Auftauen.
• Akute Infektionen, systemische Entzündung (den ganzen Körper betreffende Entzündung), Trauma (Verletzung) oder Operation – mögliche Veränderung der oxidativen Belastung (Belastung durch aggressive Sauerstoffverbindungen) und antioxidativen Enzymaktivität (Schutz-Enzymaktivität).
• Intensive körperliche Aktivität – akute und trainingsadaptive Veränderungen der SOD-Aktivität möglich [6].
• Rauchen, Adipositas (Fettleibigkeit), Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit), chronische Nierenerkrankung und entzündliche Erkrankungen – mögliche Einflüsse auf SOD-Aktivität und Isoformkonzentrationen [1-3].
• Kupfer-, Zink- und Manganstatus – potenziell relevant, da SOD-Isoformen metallabhängige Enzyme sind.
• Methodeninterferenzen (Störungen der Messmethode) – assayabhängig (testabhängig) durch Bilirubin, Lipämie (Fetttrübung des Blutes), Hämoglobin, Reduktionsmittel (chemisch reduzierende Stoffe) oder Matrixeffekte (Einflüsse der Probenzusammensetzung) möglich.

Methode

• Photometrische Aktivitätsassays (lichtbasierte Aktivitätstests)
  • Messung der Hemmung einer Superoxid-vermittelten Farbreaktion, zum Beispiel Nitroblau-Tetrazolium-Reduktion (Farbstoffreaktion) oder vergleichbare Tetrazolium-/WST-basierte Systeme.
  • Ergebnisangabe häufig in U/ml, U/g Hämoglobin oder U/mg Protein.
• Spektrophotometrische Aktivitätsmessung (lichtbasierte Aktivitätsmessung)
  • Erfassung der Reaktionskinetik (Reaktionsgeschwindigkeit) definierter Substrate (Ausgangsstoffe einer Reaktion) unter standardisierten Bedingungen.
  • Stark abhängig von pH-Wert, Temperatur, Substratsystem und Kalibration (Einstellung der Messung).
• Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) (enzymgekoppelter Antikörpertest)
  • Quantitative Bestimmung einzelner SOD-Isoformen, insbesondere SOD1, SOD2 oder SOD3.
  • Erfasst die Konzentration, nicht zwingend die enzymatische Aktivität.
• Elektrophoretische und isoenzymatische Verfahren (Auftrennungsverfahren nach elektrischer Ladung und Enzymform)
  • Differenzierung (Unterscheidung) von SOD-Isoformen vor allem in Speziallaboratorien und Forschungssettings.

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden- und laborabhängig. Eine Studie zu alters- und geschlechtsspezifischen Referenzintervallen (Vergleichsbereichen) zeigt, dass populations-, alters-, geschlechts- und methodenspezifische Unterschiede relevant sein können; Referenzintervalle aus Einzelstudien sind nicht ohne Validierung (Bestätigung) auf andere Laborverfahren übertragbar [3].

Indikationen

• Beurteilung ausgewählter Fragestellungen des oxidativen Stresses im Rahmen spezialisierter Labordiagnostik.
• Wissenschaftliche Untersuchung der enzymatischen antioxidativen Kapazität bei metabolischen (stoffwechselbedingten), entzündlichen, neurodegenerativen (nervenzellabbauenden), kardiovaskulären (Herz und Gefäße betreffenden) und onkologischen Fragestellungen (Fragestellungen zu Krebserkrankungen) [1, 4, 5].
• Verlaufskontrolle in Studienprotokollen, wenn SOD zusammen mit weiteren Redoxmarkern, Entzündungsparametern und klinischen Endpunkten (messbaren Krankheits- oder Behandlungsergebnissen) interpretiert wird.
• Sportmedizinische und trainingswissenschaftliche Fragestellungen zur Anpassung antioxidativer Enzymsysteme an körperliche Belastung [6].
• Isoformbezogene Spezialdiagnostik, insbesondere in wissenschaftlichen Kontexten zu SOD1, SOD2 und SOD3 [1, 2].

Die SOD-Bestimmung ist nicht geeignet als alleiniger Nachweis einer bestimmten Erkrankung, nicht geeignet als allgemeiner Präventions- oder Anti-Aging-Screeningtest und nicht geeignet zur isolierten Therapiesteuerung (Behandlungssteuerung) antioxidativer Supplementierungen (Einnahme ergänzender Schutzstoffe).

Interpretation

Erhöhte Werte

• Adaptive Hochregulation (anpassende Hochsteuerung) der enzymatischen antioxidativen Abwehr bei erhöhter Superoxidbelastung.
• Mögliche trainingsassoziierte Enzymadaptation (Enzym-Anpassung), insbesondere bei regelmäßiger körperlicher Aktivität [6].
• Mögliche Assoziation (Zusammenhang) mit entzündlichen, metabolischen oder gewebeschädigenden Prozessen, abhängig von Untersuchungsmaterial, Isoform und Krankheitskontext [1, 2].
• Falsch hohe Werte bei Hämolyse, insbesondere bei Messung in Serum oder Plasma.
• Erhöhte SOD-Konzentrationen bei ELISA-Verfahren bedeuten nicht zwingend eine erhöhte enzymatische Aktivität.

Erniedrigte Werte

• Verminderte enzymatische antioxidative Kapazität.
• Mögliche Depletion (Erschöpfung) oder Funktionsminderung antioxidativer Enzymsysteme bei anhaltender oxidativer Belastung.
• Mögliche Assoziation mit chronischen Erkrankungen, inflammatorischen Prozessen (entzündlichen Vorgängen), neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumorerkrankungen (Krebserkrankungen), jedoch ohne krankheitsspezifische Aussagekraft [4, 5].
• Potenzielle Beeinflussung durch Metallstatus, insbesondere Kupfer, Zink und Mangan.
• Methoden- oder präanalytisch bedingte Minderbefunde (zu niedrige Messergebnisse) bei ungeeigneter Probenlagerung oder Matrixproblemen (Problemen durch die Probenzusammensetzung).

Spezifische Konstellationen

• SOD1
  • Überwiegend zytosolische und erythrozytäre Komponente (Anteil in roten Blutkörperchen); bei Hämolyse besonders störanfällig.
  • Genetische SOD1-Varianten (Erbanlagenveränderungen) sind vor allem im Kontext neurodegenerativer Erkrankungen, insbesondere amyotropher Lateralsklerose (Erkrankung der motorischen Nervenzellen), wissenschaftlich und klinisch relevant; dies ist nicht gleichbedeutend mit einer Indikation zur routinemäßigen SOD-Aktivitätsmessung [5].
• SOD2
  • Mitochondriale Isoform; biologisch relevant für mitochondriale Redoxhomöostase (Gleichgewicht des Sauerstoff-Stoffwechsels in den Zellkraftwerken).
  • Veränderungen können bei metabolischem Stress, Entzündung, mitochondrialer Dysfunktion (Funktionsstörung der Zellkraftwerke) und Gewebeschädigung untersucht werden, sind aber nicht krankheitsspezifisch [1, 2].
• SOD3
  • Extrazelluläre Isoform mit Bedeutung für Gefäßwand, Extrazellulärmatrix (Stützsubstanz außerhalb der Zellen) und endotheliale Redoxregulation (Regulation des Sauerstoff-Stoffwechselgleichgewichts der Gefäßinnenhaut).
  • Bestimmung vor allem in Spezial- und Forschungssettings.

Weiterführende Diagnostik

• Ergänzende Redox- und Antioxidansparameter
  • Glutathion (GSH/GSSG)
  • Glutathionperoxidase
  • Katalase
  • Malondialdehyd (MDA)
  • 8-Hydroxy-2'-desoxyguanosin (8-OHdG)
  • F₂-Isoprostane
  • Totale antioxidative Kapazität, assayabhängig
• Basisdiagnostik zur klinischen Einordnung
  • Kleines Blutbild und Differentialblutbild
  • Entzündungsparameter – CRP (C-reaktives Protein) beziehungsweise BSG (Blutsenkungsgeschwindigkeit)
  • 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
  • Glucosestoffwechsel – Nüchternglucose, HbA1c, gegebenenfalls oraler Glucosetoleranztest
  • Lipidstoffwechsel – Gesamtcholesterin, LDL-Cholesterin, HDL-Cholesterin, Triglyceride
• Mikronährstoff- und Metallstatus bei entsprechender Fragestellung
  • Kupfer
  • Zink
  • Mangan
  • Selen
• Genetische Diagnostik
  • SOD1-Genanalyse (Untersuchung der Erbanlage SOD1) nur bei klinischem Verdacht auf eine monogene neurologische Erkrankung (durch eine einzelne Erbanlage verursachte Erkrankung des Nervensystems), insbesondere im Rahmen der spezialisierten Diagnostik der amyotrophen Lateralsklerose.
  • SOD2- und SOD3-Polymorphismen (Erbanlagenvarianten): Derzeit keine Routinediagnostik zur allgemeinen Beurteilung von oxidativem Stress.

Klinische Hinweise

• SOD ist ein Marker der enzymatischen antioxidativen Abwehr, aber kein alleiniger Marker des gesamten oxidativen Status.
• Die isolierte Interpretation eines SOD-Wertes ist nicht evidenzbasiert ausreichend, da oxidativer Stress ein dynamisches Netzwerk aus Radikalbildung (Bildung aggressiver Teilchen), enzymatischen Abwehrsystemen, nicht-enzymatischen Antioxidantien (Schutzstoffen), Entzündung, mitochondrialer Funktion (Funktion der Zellkraftwerke) und Gewebeschädigung umfasst.
• Für die Routinediagnostik chronischer Erkrankungen existieren keine allgemein akzeptierten SOD-Entscheidungsgrenzen (Grenzwerte zur Befundentscheidung).
• Bei Verlaufskontrollen müssen Material, Methode, Tageszeit, Belastung, Ernährung, Supplementierung und klinischer Status konstant gehalten werden.
• Serum- oder Plasmawerte sind bei Hämolyse kritisch zu bewerten, da erythrozytäre SOD die Messergebnisse erheblich verfälschen kann.
• Die Verwendung im präventivmedizinischen Kontext (vorsorgemedizinischer Zusammenhang) ist nur als ergänzende, nicht validierte Spezialdiagnostik zu werten und ersetzt keine leitliniengerechte Risikostratifizierung (Risikoeinschätzung).

Literatur

1. Lewandowski Ł, Kepinska M, Milnerowicz H. Alterations in Concentration/Activity of Superoxide Dismutases in Context of Obesity and Selected Single Nucleotide Polymorphisms in Genes: SOD1, SOD2, SOD3. Int J Mol Sci. 2020;21(14):5069. https://doi.org/10.3390/ijms21145069
2. Ściskalska M, Ołdakowska M, Marek G, Milnerowicz H. Changes in the Activity and Concentration of Superoxide Dismutase Isoenzymes (Cu/Zn SOD, MnSOD) in the Blood of Healthy Subjects and Patients with Acute Pancreatitis. Antioxidants (Basel). 2020;9(10):948. https://doi.org/10.3390/antiox9100948
3. Ghazizadeh H, Kathryn Bohn M, Yaghooti-Khorasani M et al.: Age- and sex-specific reference intervals for superoxide dismutase enzyme and several minerals in a healthy adult cohort. J Clin Lab Anal. 2021;35(9):e23897. https://doi.org/10.1002/jcla.23897
4. Li J, Lei J, He L, Fan X, Yi F, Zhang W. Evaluation and Monitoring of Superoxide Dismutase (SOD) Activity and its Clinical Significance in Gastric Cancer: A Systematic Review and Meta-Analysis. Med Sci Monit. 2019;25:2032-2042. https://doi.org/10.12659/MSM.913375
5. Chidambaram SB, Anand N, Varma SR, Ramamurthy S, Vichitra C, Sharma A, Mahalakshmi AM, Essa MM. Superoxide dismutase and neurological disorders. IBRO Neurosci Rep. 2024;16:373-394. https://doi.org/10.1016/j.ibneur.2023.11.007
6. Xie Y, Gu Y, Li Z, Zhang L, Hei Y. Effects of exercise on different antioxidant enzymes and related indicators: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Sci Rep. 2025;15(1):12518. https://doi.org/10.1038/s41598-025-97101-4