ATP

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Das ATP und der Mikrostrom – Adenosintriphosphat


Zusammenfassung für eilige Leser

Das Molekül ATP ist ein wichtiger Energiespeicher und -verteiler im Körper. Es wird bei verschiedenen zellulären Prozessen wie Muskelkontraktion, Proteinbiosynthese, Nervenübertragung und aktiven Transportprozessen verwendet. ATP setzt Energie durch Spaltung der Phosphatbindung frei. Es ist eines der energiereichsten Phosphate im Körper.

Die Mikrostromtherapie erhöht die Produktion von ATP im Gewebe und beschleunigt so den Heilungsprozess. ATP ist für die Wundheilung von entscheidender Bedeutung, da es für die Synthese von Proteinen, Phospholipiden und anderen chemischen Verbindungen benötigt wird. Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Nervenübertragung und beim aktiven Transport durch Zellmembranen.

Bei der Mikrostromtherapie wird ein gepulster Gleichstrom niedriger Intensität angewendet, der die ATP-Produktion steigert. Im Gegensatz zu anderen Formen der Elektrotherapie hat die Mikrostromtherapie eine kumulative Wirkung und kann das Gewebe mit ATP aufladen. Dies beschleunigt die Gewebeheilung, reduziert Entzündungen und Schwellungen und erhöht die körperliche Belastbarkeit.

Die Mikrostromtherapie ist wirksamer als andere Formen der Elektrotherapie mit höheren Stromstärken, da sie die ATP-Menge im Gewebe erhöht. Die ATP-Produktion wird durch den Stromfluss zwischen den Elektroden angeregt, wobei an der Kathode eine Umgebung mit negativen Hydroxylionen und an der Anode eine Umgebung mit Protonen entsteht. Die Protonen diffundieren durch das Gewebe und führen zu einer erhöhten ATP-Bildung.

ATP ist die Energiewährung des Körpers und spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen zellulären Prozessen. Die Mikrostromtherapie steigert die ATP-Produktion und beschleunigt dadurch den Heilungsprozess. Durch die Anwendung von Mikrostrom kann die ATP-Konzentration im Gewebe erhöht werden, was zu einer verbesserten Gewebeheilung und anderen positiven Effekten führt.


Ausführliche Erläuterung zur ATP-Produktion und der Mikrostromtherapie

ATP-Moleküle (Adenosintriphosphat) sind die Speicher- und Verteilungsvehikel für Energie im Körper. Bei der Spaltung von ATP in ADP wird Energie gewonnen. Es ist die Spaltung der Phosphatbindung, die die Energie liefert. Das ATP ist eines der energiereichsten Phosphate in unserem Körper.

Diese Energie wird in fast allen energiebezogenen Zellreaktionen genutzt. ATP ist nicht nur ein wesentlicher Bestandteil der Funktion praktisch jeder Zelle in unserem Körper, sondern wir können die ATP-Funktion auch nach Aktivitätskategorien betrachten. Zu diesen wesentlichen Funktionen gehören:

  • Muskelkontraktion;
  • Proteinbiosynthese;
  • Nervenübertragung; und
  • aktiver Transport durch Zellmembranen.

Bei der Muskelkontraktion läuft der Prozess folgendermaßen ab: Jede Muskelspindel besteht aus Muskelfasern. Im Inneren der Muskelfasern befinden sich viele Muskelfibrillen. Diese Muskelfibrillen befinden sich in einer flüssigen Matrix, dem Sarkoplasma. Im Sarkoplasma befinden sich Tausende und Abertausende von Mitochondrien, die große Mengen an ATP enthalten.

Es ist ATP, das den Muskelkontraktionsprozess durch die ATPase-Aktivität des freiliegenden Myosinkopfes antreibt. Wenn das ATP dem Myosinkopf ausgesetzt ist, wird es gespalten und Energie freigesetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass neben ATP auch Magnesium für die ATP-Energiefreisetzungsreaktionen sehr wichtig ist. Bevor ATP zu “aktivem ATP” werden kann, muss Magnesium zwischen dem zweiten und dritten Phosphat gebunden werden. Klinisch gesehen kann Magnesiummangel mit Erkrankungen wie Fibromyalgie und chronischem Müdigkeitssyndrom in Verbindung gebracht werden.

Die Synthese fast jeder chemischen Verbindung erfordert Energie. Diese Energie ist ATP, das für die Biosynthese von Proteinen, Phospholipiden, Purinen, Pyrimidinen und Hunderten (wenn nicht Tausenden) anderen Substanzen von entscheidender Bedeutung ist. Nehmen wir als Beispiel die Beteiligung von ATP an der Proteinsynthese: Ein einziges Protein kann aus vielen tausend Aminosäuren bestehen. Um zwei Aminosäuren miteinander zu verbinden, müssen vier energiereiche Phosphatbindungen gespalten werden.

Maximal zwei ATP könnten als Energie für die Verbindung zweier Aminosäuren dienen. Wenn unser Protein also aus 10.000 Aminosäuren besteht, kann es 20.000 ATP benötigen, um nur dieses eine Protein zu bilden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die Aminosäuren selbst indirekt ATP verbrauchen, da sie zunächst in die Zellen transportiert werden.

ATP-Produktion-Mikrostrom
Abbildung 1

 

ATP ist für die Nervenübertragung notwendig. Die Nervenübertragung beinhaltet die Freisetzung von Nervenbotenstoffen aus dem präsynaptischen Terminal in den synaptischen Spalt, der, einfach ausgedrückt, ein Raum zwischen einem Nerv und einem anderen ist. Die Nervensubstanz überspannt den Spalt und heftet sich an den Rezeptor der anderen Zelle. Die Nerventransmittersubstanz muss in der präsynaptischen Endigung für die spätere Freisetzung ständig neu gebildet werden; die Energie für diese Bildung wird durch ATP bereitgestellt. In der präsynaptischen Endigung gibt es viele Mitochondrien, die das ATP für diesen Prozess bilden und speichern. Die Bildung von ATP wird später im Zusammenhang mit den stimulierenden Wirkungen des Mikrostroms diskutiert.

Am postsynaptischen Terminal, der nächsten Nervenzelle, bewirken Konzentrationsunterschiede in der Nervenzellmembran durch den aktiven Transport von Natrium, Kalium und Kalzium, dass der Nerv feuert und die Nervensignale zum nächsten präsynaptischen Terminal weitergeleitet werden. Diese Konzentrationsgradienten könnten ohne den aktiven ATPase-Transport durch die Nervenzellmembranen nicht erreicht werden. Der aktive Transport wird durch die Energiefreisetzung von ATP bei der Aufspaltung seiner Phosphatbindungen bewirkt (siehe Abbildung 2 zur chemischen Struktur von ATP).

ATP-Mikrostrom-Microcurrent
Abbildung 2

 

Aktiver Transport ist ein Mittel, um Moleküle gegen ein Konzentrationsgefälle durch die Zellmembran entweder in die Zelle hinein oder aus der Zelle heraus zu transportieren. Dieses Konzentrationsgefälle kann ein elektrisches oder ein Druckgefälle sein. Natrium, Kalium, Kalzium, Glukose, Aminosäuren und viele andere Verbindungen werden auf diese Weise transportiert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ATP die Energiewährung für unseren Körper ist. In der Tat ist praktisch jeder zytologische, histologische und physiologische Prozess ATP-vermittelt, was ATP klinisch wichtig macht. Theoretisch kann unser Körper so viel ATP produzieren, wie er braucht, aber in Wirklichkeit tut er das nicht. Die Mikrostromtherapie mit einer Stromstärke von 200-800 Mikroampere ist eine Möglichkeit, das Gewebe mit ATP aufzuladen, das dort verbleibt, bis es benötigt wird. Auf diese Weise lässt sich ein Großteil der Forschungsergebnisse erklären, die eine Steigerung der Heilungsrate zeigen.

Im klinischen Sinne benötigt jeder Heilungsprozess eine große Menge an ATP und kann durch eine Erhöhung des ATP im Gewebe beschleunigt werden. Die Mikrostromtherapie erreicht dies, indem sie das ATP im Gewebe um bis zu 500 % erhöhen kann.

Mikrostrom und ATP

Die Mikrostrom-Anwendung bewirkt eine Erhöhung der ATP-Produktion. Dadurch kann der Körper den Heilungsprozess, den er eingeleitet hat, beschleunigt durchführen. Er kann es sogar ermöglichen, den sprichwörtlichen “Buckel” zu überwinden, der aufgrund unzureichender ATP-Konzentrationen für die erforderlichen Veränderungen unerreichbar war.

ATP ist das dynamische Energiereservoir in unserem Körper. Glukose dient als längerfristiges Reservoir, trägt aber an sich relativ wenig zur Energieversorgung des Körpers bei. Glukose wird zunächst in ATP umgewandelt. ATP ist das Speicher- und Verteilungsvehikel für Energie. Von dem Moment an, in dem ein ATP-Molekül produziert wird, wird es normalerweise innerhalb einer Minute verbraucht.

Die Umsatzrate von ATP ist sehr hoch. Der Körper verfügt jedoch über eine große Kapazität zur Speicherung von ATP. Man kann ATP-Reserven anlegen. Dies ist ein Grund dafür, dass der Mikrostrom im Gegensatz zu anderen Formen der Elektrotherapie wie Interferenzstrom, TENS und Galvanik mit höherer Stromstärke eine kumulative Wirkung hat und nicht eine abnehmende Wirkung.

Darüber hinaus können diese Geräte nicht einmal im Bereich der ATP-Erzeugung angesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass jede Stimulation mit mehr als 1.000 Mikroampere zu einem Plateau und dann zu einem Rückgang des ATP führt. Die Mikrostromtherapie, die klinisch im Bereich von 1 bis 600 mA eingesetzt wird, ist das Mittel der Wahl für eine verbesserte Gewebeheilung. Forschungen und klinische Studien haben gezeigt, dass die Mikrostromtherapie die Heilungszeit von Geschwüren und Verstauchungen/Zerrungen um 40-50 % verkürzt, dass Frakturen schneller und stärker heilen und dass sich sogar schlechte Narben (Keloidnarben) zu einer gesünderen, stärkeren Narbe umbilden. Zu den weiteren ATP-bezogenen stimulierenden Wirkungen des Mikrostroms gehören die Verringerung von Entzündungen, Ödemen und Schwellungen sowie die Steigerung der körperlichen Ausdauer beim Sport.

Klinisch gesehen ist die Mikrostromtherapie in ihrer Eigenschaft als Behandlungsmethode keineswegs auf ihre Wirkung der erhöhten ATP-Produktion beschränkt, aber ihre Auswirkungen auf die Halbierung der Heilungszeit von Verletzungen sind wirklich dramatisch. Der Mechanismus der erhöhten ATP-Produktion durch die Mikrostromstimulation kann erklärt werden. Im folgenden Text wird der Mechanismus von der groben äußeren Anwendung bis hinunter zur molekularen Ebene aufgezeigt.

Ein Mikrostromgerät liefert einen gepulsten Gleichstrom (DC) mit veränderbaren Rechteckimpulsen, so dass die Art des elektrischen Flusses die gleiche ist. In Abbildung 3 ist ein typischer Stromkreis dargestellt, in dem Elektronen von der Kathode zur Anode fließen, während der Strom in Form von negativen Ionen von der Anode zur Kathode fließt. Die negativen Ionen kann man sich als Gegenpol zu den Elektronen vorstellen, die in die andere Richtung fließen. Damit ist der Stromkreis geschlossen.

protonengradient-mikrostrom-atp
Abbildung 3

Von größerer klinischer Relevanz ist, was an der Anode und der Kathode geschieht, als der Stromkreis selbst. Um die Kathode, die negativ ist, befindet sich eine Umgebung mit negativen Hydroxylionen (OH-). Dies wird durch die Wechselwirkung von Elektronen mit Wassermolekülen an der Kathode verursacht, wobei die Wassermoleküle in Wasserstoff- und Hydroxylmoleküle gespalten werden. Die gleiche Reaktion findet an der Anode statt; da die Anode jedoch positiv gepolt ist, bilden Protonen (Wasserstoffionen) die Umgebung der Anode.

Im Moment bilden sich sowohl Wasserstoff- als auch Hydroxyl-Ionen um die beiden Pad-Elektroden. Mit der Zeit wird die ionische Umgebung um die Anodenelektrode jedoch zu Wasserstoff und um die Kathodenelektrode zu Hydroxyl. Da es der Wasserstoff ist, der zur Bildung von ATP führt, folgt daraus, dass als Residualeffekt nach dem Ausschalten des Mikrostromstimulators die ATP-Produktion an dieser Stelle weiterläuft.

An der negativen Elektrode hingegen endet die ATP-Produktion sofort nach dem Abschalten der Stimulation, da es in diesem Bereich keine Restwasserstoffwolke gibt. Protonen (H+) haben hier eine sehr starke Wirkung. In Abbildung 3 sehen wir, dass die Protonen in einen Bereich mit weniger Protonen diffundieren, nämlich von der Anodenseite zur Kathodenseite. Während die Protonen (H+) durch das Gewebe wandern, bewirken sie eine verstärkte Bildung von ATP.

Diese ATP-Bildung kann durch die chemosmotische Theorie von Mitchell erklärt werden. Diese Theorie erklärt, wie die Mitochondrien ATP durch bekannte Prozesse wie die Elektronentransportkette und den Krebszyklus bilden. Nach Mitchells Theorie löst ionisierter Wasserstoff (Protonen) die Elektronentransportkette aus, indem er sich mit NADH zu NADH+ sowie mit FAD zu FADH2 und anderen Mediatoren verbindet. Der Nettoeffekt jedes Zyklus der Elektronentransportkette ist die Einführung von sechs Wasserstoffionen zwischen der inneren und der äußeren Mitochondrienmembran.

An diesem Punkt wird die Wasserstoff-ATPase durch den hohen Gehalt an Wasserstoff in den Membranen aktiviert und die ATP-Produktion in Gang gesetzt. Dies geschieht durch die Anlagerung einer Phosphatgruppe an ADP zur Bildung von ATP (siehe Abbildung 2, wobei zu beachten ist, dass der Prozess im Grunde umgekehrt abläuft, um ATP zu bilden). Dieser Vorgang wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet. Das ATP wird zu diesem Zeitpunkt aus den Mitochondrien in das Zytoplasma der Zelle transferiert, wo es bis zur Verwendung gespeichert wird.

Cheng et. al (1982) – die ATP-Studie zur Mikrostromtherapie

Die wohl am häufigsten zitierte Studie zur Erklärung bzw. zum Nachweis der ATP-Erhöhung ist Cheng et. al (1982). Wir haben uns diese Studie genauer angesehen und für Sie eine Zusammenfassung erstellt.

In der Studie von Cheng et al (1982) wurden die Auswirkungen elektrischer Ströme auf die ATP-Produktion, die Proteinsynthese und den Membrantransport in der Haut von Ratten untersucht. Es wird darauf hingewiesen, dass elektrische Felder das Pflanzenwachstum stimulieren und das Bakterienwachstum beeinflussen können. Elektrische Stimulation hat auch positive Auswirkungen auf die Gewebereparatur, die Nerven- und Muskelregeneration und die Wundheilung gezeigt. Ziel der Studie ist es, die biochemischen Effekte der elektrischen Stimulation auf das Hautgewebe zu analysieren und zu erklären.
Für die Experimente wurde die Haut von männlichen Wistar-Ratten verwendet. Die Hautproben wurden in elektrisch stimulierte und unbehandelte Kontrollgruppen aufgeteilt. Die Hautproben wurden mit Elektroden fixiert und in einen Puffer gelegt. Über mehrere Stunden wurden verschiedene Gleichströme angelegt. Der elektrische Gesamtwiderstand der Haut wurde gemessen und radioaktive Tracer wurden verwendet, um den Einbau von Aminosäuren in Proteine, den DNA-Einbau und den Aminosäure-Transport zu messen.
Nach der Behandlung wurde die Konzentration von Adenosin-5′-triphosphat (ATP) gemessen. Der elektrische Widerstand der Haut war bei höheren Strömen geringer, wobei eine lineare Abnahme des Widerstandes mit steigendem Strom beobachtet wurde. Der Widerstand der gepufferten Haut war geringer als der der trockenen Haut. Die Ergebnisse wurden statistisch analysiert und ausgewertet. Die Studie zeigt, dass elektrische Stimulation biochemische Veränderungen in der Haut verursacht und die ATP-Produktion, die Proteinsynthese und den Membrantransport beeinflussen kann.
Es wurde festgestellt, dass die Aufnahme von Aminoisobuttersäure durch die Haut nach Zugabe einer Mischung von L-Aminosäuren zum Inkubationsmedium reduziert wurde. Die Elektrostimulation führte jedoch zu einer stimulierenden Wirkung, die sogar stärker war als die ohne Zusatz von Aminosäuren beobachtete Wirkung.
Die Proteinsyntheseaktivität und der Aminosäuretransport wurden durch den elektrischen Strom beeinflusst. Der Einbau von Glycin in die Proteine wurde durch die Elektrostimulation erhöht, während die Aufnahme von α-Aminoisobuttersäure ebenfalls gesteigert wurde. Die stimulierenden Effekte begannen bei einem Strom von 10 μA und waren bei 100 μA am stärksten ausgeprägt. Die Aufnahme von Glycin nahm mit steigender Stromstärke weiter zu, während die Aufnahme von α-Aminoisobuttersäure erst bei höheren Stromstärken zunahm.
Die Effekte der Befeldung mit anderen Aminosäuren waren ähnlich wie bei Glycin. Die Glycin-Aufnahme stieg um 72 % und die Aufnahme von α-Aminoisobuttersäure um 41 % im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollen. Die stimulierende Wirkung auf den Glycineinbau in die Proteine und die α-Aminoisobuttersäure-Aufnahme nahm mit steigender Stromstärke zu. Ein Strom von 500 μA erhöhte den Glycin-Einbau um 123 %, während die α-Aminoisobuttersäure-Aufnahme um 72 % anstieg. Höhere Ströme von 10.000 μA und 30.000 μA verlängerten die stimulierende Wirkung auf die α-Aminoisobuttersäure-Aufnahme.
Die elektrische Stimulation hatte keinen Einfluss auf den Einbau von [6-3H]Thymidin in die DNA des Hautgewebes. Dies deutet darauf hin, dass die Effekte auf die Proteinsynthese unabhängig von den Transkriptionsprozessen sind. Die Elektrostimulation führte zu einem signifikanten Anstieg der ATP-Konzentration im Gewebe. Ströme von 50 μA bis 1000 μA erhöhten den ATP-Spiegel um das Drei- bis Fünffache. Bei höheren Strömen stabilisierte sich die ATP-Konzentration und war bei 5000 μA sogar leicht reduziert.
Es zeigte sich, dass die elektrische Stimulation nur dann einen Effekt auf die Proteinsyntheseaktivität und den Aminosäuretransport hatte, wenn die Haut an beiden Elektroden fixiert war. Die Fixierung an nur einer Elektrode hatte keinen Einfluss.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass elektrische Ströme den Hautmetabolismus beeinflussen können, indem sie die ATP-Produktion erhöhen und den Aminosäuretransport stimulieren.

 

Schlussfolgerung und Nachgedanken

ATP kann vom Körper auf viele andere als die oben genannten Arten produziert werden. Es handelt sich jedoch um eine sehr dynamische Energiequelle, und am Ort einer Verletzung oder einer Überbeanspruchung und Mikroverletzung kann die ATP-Versorgung beeinträchtigt werden.

Die Mikrostromtherapie bietet eine einzigartige und wunderbare Lösung für die Therapie von Gewebe. Klinisch gesehen ist die Mikrostromtherapie auch eine Therapie der Wahl bei akuten Verletzungen. Es sollte auch nicht vergessen werden, dass die Mikrostromtherapie neben ihrer Einzigartigkeit auch viele Eigenschaften anderer elektrischer Therapien aufweist: nämlich die Anwendung zur Schmerzkontrolle, Muskelentspannung und Nervenregeneration. Einzigartig ist auch ihre Fähigkeit, die Durchlässigkeit der Blutgefäße zu erhöhen, und ihre Verwendung als Mittel der Elektroakupunktur. Die Mikrostromgeräte sind in der Lage, den bioelektrischen Zustand des menschlichen Körpers zu erfassen.

 

Quellen

Dynamic Chiropractic 17 (18). Online verfügbar unter https://www.dynamicchiropractic.com/mpacms/dc/article.php?id=36227, zuletzt geprüft am 23.10.2022.

CHENG, NGOK; van HOOF, HARRY; BOCKX, EMMANUEL; HOOGMARTENS, MICHEL J.; MULIER, JOSEPH C.; DIJCKER, FRANS J. de et al. (1982): The Effects of Electric Currents on ATP Generation, Protein Synthesis, and Membrane Transport in Rat Skin. In: Clinical Orthopaedics and Related Research &NA; (171), 264-272. DOI: 10.1097/00003086-198211000-00045.

Mannheimer, Jeffrey S. (2005): The Effect of Microcurrent Stimulation on ATP Synthesis in the Human Masseter as Evidenced by 31P Magnetic Resonance Spectroscopy. Dissertation. Health Sciences Seton Hall University.

Wikipedia (2018): Adenosintriphosphat. Hg. v. Wikipedia. Online verfügbar unter https://de.wikipedia.org/wiki/Adenosintriphosphat, zuletzt aktualisiert am 28.01.2018.

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