Hormesis ist ein Begriff aus der Biologie und Pharmakologie, der die positive Wirkung einer niedrigen Dosis eines Toxins oder Stressors beschreibt. Die hormetische Reaktion ist im Allgemeinen zweiphasig, wobei niedrige Dosen des Stressors eine stimulierende Wirkung und hohe Dosen eine hemmende Wirkung haben.
„Was uns nicht umbringt, macht uns stärker.“
– Friedrich Nietzsche
Hormesis leitet sich vom griechischen Wort hórmēsis ab , was „schnelle Bewegung“ oder „in Bewegung setzen“ bedeutet. Der Begriff wurde erstmals 1888 von dem deutschen Pharmakologen Hugo Schulz beschrieben, als er Studien an Hefe durchführte. Er stellte fest, dass die Hefe, wenn man sie kleinen Mengen toxischer oder giftiger Substanzen aussetzt, nicht abgetötet wird, sondern sogar schneller wächst . In der wissenschaftlichen Literatur wurde der Begriff Hormesis erstmals 1943 von Southam und Ehrlich in einem Artikel über holzzerstörende Pilze verwendet.
Der förderliche Stressfaktor oder das Erleben von Eustress wird in der Literatur auch als hormetischer Stressor bezeichnet . Im Allgemeinen bezeichnet Hormesis die biologische Wirkung eines Stressfaktors im Körper, wobei eine geringe Menge förderlich ist und den Körper stärkt, eine hohe Menge jedoch nahezu toxisch wirkt. Beispiele für hormetische Stressoren sind körperliches Training, Sonnenbaden, Schwimmen im Freien, pflanzliche Sekundärstoffe und eine vorübergehende Kalorienbeschränkung .
Bild: Hormesis steuert ein pleiotropes pro-Überlebensprogramm.
Quelle: Zimmermann, A. & Bauer, M. & Kroemer, G. & Madeo, F. & Carmona-Gutierrez, D. (2014). Wenn weniger mehr ist: Hormesis gegen Stress und Krankheit. Microbial Cell 1 (5): 150–153.
Hormesis stellt eine zentrale Evolutionsstrategie dar, die durch die individuelle biologische Belastbarkeit oder Plastizität begrenzt ist. Diese integrativen und adaptiven Reaktionen weisen bei allen Arten ähnliche quantitative Merkmale auf, was sie zu einem wichtigen Evolutionsfaktor macht. Jeder Organismus ist daher in der Lage , das Ausmaß der biologischen Leistung und andererseits die Kosten einer solchen Leistungssteigerung unter allen Umständen oder in jeder Situation intelligent zu definieren.
Reaktionen auf hormetische Herausforderungen werden über mehrere Organsysteme hinweg koordiniert, wobei autonome molekulare Mechanismen in Zellen und Signale, die zwischen verschiedenen Geweben übertragen werden, beteiligt sind. Sport und Fasten zum Beispiel stellen bioenergetische Herausforderungen für mehrere Organsysteme dar , wobei die Reaktionen von Muskeln, Leber, neuronalen Netzwerken und Fettgewebe während des Sports besonders wichtig sind.
Mechanistisch gesehen scheint Hormesis durch eine Vielzahl physiologischer Zellprozesse ausgeführt zu werden, die in Zusammenarbeit zu einer erhöhten Stressresistenz und Langlebigkeit führen. Sport kann dem Altern aufgrund einer hormetischen Dosis-Wirkungs-Beziehung entgegenwirken: Mangelnde körperliche Aktivität und Übertraining sind beide nachteilig, aber regelmäßiges und moderates Training ist durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) vermittelte Präkonditionierung vorteilhaft.
Bild: Hormesis und körperliche Betätigung.
Quelle: Pingitore, A. et al. (2015). Training und oxidativer Stress: mögliche Auswirkungen antioxidativer Ernährungsstrategien im Sport. Nutrition 31 (7–8): 916–922.
Tiermodelle haben gezeigt, dass Hormesis nach akuten Verletzungen oder bei Beginn einer chronischen Krankheit auftreten kann. Beispiele hierfür sind metabolische Herausforderungen nach einer Verletzung bei Schlaganfall, Herzinfarkt sowie traumatischen Gewebeverletzungen und Operationen. Hormetische Signale, die von einem unter Stress stehenden Gewebe ausgehen, können an entfernte Gewebe übermittelt werden, ein natürliches Phänomen, das als „Fernkonditionierung“ bezeichnet wird und dem Organismus hilft, in stressigen und herausfordernden Situationen zu überleben.
Bild: Beispiele für metabolische Hormesis im Körper.
Quelle: Calabrese, E. & Mattson, M. (2017). Welchen Einfluss hat Hormesis auf Biologie, Toxikologie und Medizin? NPJ Aging and Mechanisms of Disease 3 (1): 1–8.
Die moderne Hormesis-Theorie basiert auf einer 2001 in der Zeitschrift Toxicological Sciences veröffentlichten Studie , in der die Auswirkungen von fast 700 verschiedenen Chemikalien auf den Körper untersucht wurden. Die Studie ergab, dass die Dosis-Wirkungs-Kurve je nach Dosismenge eine U- oder J-förmige Kurve aufweist. Kleine Dosen waren hilfreich und je höher diese Dosis war, desto giftiger wurde die Substanz. Diese Beobachtung wurde durch die Untersuchung der Dosis-Wirkungs-Beziehung von bis zu 9.000 verschiedenen Substanzen bestätigt.
Hormesis wurde in der Toxikologie fast 70 Jahre lang vernachlässigt. Im Lichte neuerer Studien gewinnt sie jedoch zunehmend an Anerkennung und wird als wichtigerer Faktor zur Erklärung der Auswirkungen verschiedener Substanzen angesehen als Wertschwellen.
Bild: Hormetische Dosis-Wirkungs-Kurve.