Stres oksydacyjny

Czym jest stres oksydacyjny i wolne rodniki? Jak wpływają na procesy zachodzące w organizmie? Co je nasila i jak im zapobiegać?

Stres oksydacyjny

To czym jest stres oksydacyjny w uproszczeniu wyjaśni ci następująca zależność:

procesy oksydacyjne > potencjał antyoksydacyjny organizmu

Za procesy oksydacyjne w organizmie odpowiadają tak zwane ROS to skrót od określenia: wolne rodniki tlenowe, czyli cząsteczki tlenu posiadające na swojej orbicie jeden lub więcej niesparowanych elektronów, co prowadzi do wysokiej reaktywności tego rodzaju molekuł. Mówiąc obrazowo: ROS mają w życiu jeden jedyny cel: obrabować kogoś z elektronów. Problem polega na tym, że kolejne pozbawione przez ROS molekuły lub atomy same stają się rodnikami (zjawisko kaskady stresu oksydacyjnego).

Wszelkie czynniki, które sprzyjają zwiększeniu produkcji wolnych rodników, a tym samym nasileniu procesów oksydacyjnych nazywamy prooksydacyjnymi. Rodniki tlenowe to:

  • rodnik hydroksylowy (HO.)
  • ponadtlenek wodoru (tzw. woda utleniona) H2O2
  • ponadtlenek (O2.)

ROS atakują przede wszystkim kwasy tłuszczowe oraz białka (białka enzymatyczne i strukturalne oraz DNA)

Potencjał antyoksydacyjny organizmu to nasza zdolność do obrony przed atakami wolnych rodników. Na potencjał ten składają się liczne substancje o działaniu przeciwutleniającym (tzw. antyoksydanty lub przeciwutleniacze) oraz liczne enzymy, które neutralizują rodniki tlenowe (np. glutation, dysmutaza ponadtlenkowa SOD, ubichinon).

Potencjał antyoksydacyjny organizmu ma charakter trójstopniowej obrony:

I. nie dopuścić do utworzenia wolnego rodnika / nie dopuścić do utworzenia najbardziej agresywnych rodników (np. za wszelką cenę nie dopuścić do powstania nadtlenoazotu ONOO, nawet za cenę powstania innego, mniej reaktywnego rodnika): enzymy antyoksydacyjne oraz niektóre białka

II. wyeliminować z organizmu powstałe rodniki: witamina C, witamina E, kwas moczowy, glutation, kwas alfa – liponowy

III. mechanizmy naprawcze: usunąć szkody związane z działaniem wolnych rodników: enzymy naprawcze DNA oraz mtDNA.

Najważniejsze substancje o działaniu antyoksydacyjnym to:

  • glutation
  • ubichinon – koenzym Q10
  • karotenoidy
  • wszystkie izomery witaminy E
  • kwas askorbinowy (witamina C)
  • kwas moczowy
  • kwas alfa – liponowy
  • albumina
  • tauryna
  • bilirubina
  • transferryna
  • laktoferryna

Czynniki indukujące lub nasilające stres oksydacyjny [1], [3], [4]:

  • uszkodzenia mitochondriów – proces fosforylacji oksydacyjnej jest sam w sobie źródłem wolnych rodników tlenowych w organizmie, jest to zjawisko naturalne. Jednak stare/uszkodzone mitochondria wytwarzają nieproporcjonalnie więcej ROS niż ich zdrowe i młode odpowiedniki,
  • przewlekłe stany zapalne. Związana z nimi fagocytoza nieodmiennie prowadzi do wzrostu stężenia ROS w organizmie, aktywne komórki odpornościowe wydzielają duże ilości nadtlenku wodoru (H2O2),
  • nadmiar żelaza w organizmie. Jeżeli w organizmie ma już miejsce stres oksydacyjny to w konsekwencji nadmiar ROS prowadzi do nadmiernej ekspresji oksygenazyhemowej 1 (HO-1) w astrocytach substancji czarnej [2], ponieważ żelazo występuje w roli dawcy elektronów, jego nasilone utlenianie prowadzi do wtórnego nasilenia stresu oksydacyjnego (Fe+3 ulega redukcji do Fe+2 i samo staje się rodnikiem). Ponadto, podczas rozkładu dopaminy przy obecności wolnego żelaza powstają rodniki ponadtlenkowe oraz H2O2 [1]. Oprócz tego jony żelaza pełnią rolę katalizatora peroksydacji lipidów [1],
  • nadmiar węglowodanów [5]. W warunkach istniejącego stresu oksydacyjnego (spowodowanego np. przewlekłym stanem zapalnym) nadmiar węglowodanów w organizmie prowadzi do wygenerowania prawdziwej bomby rodnikowej. Wszystko przez to, że jeden z enzymów uczestniczących w glikolizie: GAPDH (Dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego) jest wyjątkowo wrażliwt na oksydację przez H2O2. Na skutek utlenienia enzym GAPDH staje się nieaktywny, komórki przestawiają się na pozyskiwanie energii na drodze fermentacji (nadmierny wzrost poziomu mleczanu grozi kwasicą mleczanową i zaburzeniem gospodarki kwasowo – zasadowej organizmu, co sprzyja utrzymywaniu się przewlekłych stanów zapalnych oraz rozwojem nowotworów), a poziom ATP w organizmie spada.
  • stany hipoksji oraz reperfuzji (niedotlenienia tkanek spowodowanego zahamowaniem krążenia krwi oraz następującego po fazie hipoksji przywrócenia dopływu tlenu),
  • miedź (zarówno nadmiar, który akumuluje się w wątrobie jak też deficyt!), kadm, rtęć,
  • promieniowanie (nasilone w ten sposób procesy oksydacyjne prowadzą do poważnych uszkodzeń DNA, ponieważ guanina i tymina są wrażliwe na utlenianie), uszkodzeniom spowodowanym działaniem promieniowania może skutecznie zapobiegać selen,
  • niektóre leki (w tym antracykliny, mytomycyna, leki cytostatyczne stosowane w terapii antynowotworowej, tetracykliny, L-DOPA, adrenalina, leki antykoncepcyjne, itd.) podczas reakcji rozkładu i redukcji zawartych w tych lekach substancji dochodzi do nasilonej syntezy rodników tlenowych,
  • palenie papierosów (czynne lub bierne!) – dym papierosowy aktywuje makrofagi, a w konsekwencji, poprzez ich cytotoksyczne działanie, kaskadę stanu zapalnego, jak również fagocyty, które przyczyniają się następnie do spadku elastyczności płuc (czynnik ryzyka raka płuc),
  • plomby z amalgamatem jako źródło rtęci,
  • ozon (O3) – duża ekspozycja na silne światło słoneczne, szczególnie na tych obszarach kuli ziemskiej, gdzie warstwa ozonowa uległa znacznemu zredukowaniu / solarium (!). Badanie RTG: Przed negatywnym oddziaływaniem promieniowania słonecznego na skórę mogą chronić nas izomery witaminy E (tokoferole i tokotrienole),
  • regularne spożywanie alkoholu – powoduje peroksydację komórek wątrobowych, przed szkodliwym wpływem alkoholu na wątrobę może uchronić nas beta – karoten oraz retinol i izomery witaminy E jak też selen
  • wysiłek fizyczny – jednak w tym przypadku stres oksydacyjny ma charakter FIZJOLOGICZNY,
  • stres (zwłaszcza przewlekły),

Wybrane skutki stresu oksydacyjnego [6]:

1. uszkodzenia wątroby: Stres oksydacyjny szczególnie negatywnie wpływa na funkcjonowanie wątroby – jedna z przyczyn to zlokalizowany w wątrobie metabolizm tłuszczów, które jak już wiesz, z łatwością podlegają oksydacji (peroksydacja lipidów)

2. uszkodzenia DNA (atak ROS na białka), uszkodzenia mitochondriów (zwłaszcza lipidowej błony mitochondrialnej, dysfunkcja mitochondriów oznacza z kolei spadek produkcji ATP)

3. czerwone krwinki – rozpad krwinek czerwonych (hemoglobina jako białko łatwo ulega oksydacji) – anemia, przy czym podanie żelaza spowoduje tutaj tylko NASILENIE PROCESÓW OKSYDACYJNYCH (!)

4. nasilenie procesów starzenia (zwłaszcza skóry): wolne rodniki mają destrukcyjny wpływ m.in. na białko kolagenowe (w warunkach uszkodzenia kolagenu oraz spadku jego biosyntezy wolniej goją się rany, skóra traci elastyczność, pojawia się celullit, itd.)

5. choroby neurodegeneracyjne: stres oksydacyjny towarzyszy wielu chorobom neurodegeneracyjnym. Niszczące działanie rodników tlenowych na komórki nerwowe wiąże się z kilkoma mechanizmami:

  • ROS wyczerpują możliwości redukujące enzymu oksydaza cytochromowa. Tymczasem to właśnie oksydaza cytochromowa chroni komórki mózgowe przed uszkodzeniami. Przy tym należy zaznaczyć też, iż jednoczesne występowanie stresu oksydacyjnego oraz nitrozacyjnego jest szczególnie niebezpieczne dla komórek mózgowych. Jeżeli ROS (stres oksydacyjny) połączą się w tkance mózgowej z rodnikami azotowymi (stres nitrozacyjny), powstaje wówczas nadtlenoazotyn, który prowadząc do peroksydacji lipidów, inicjuje apoptozę komórek mózgowych. Opisany proces istotnie przyspiesza oraz nasila procesy neurodegeneracyjne
  • wysokim obrotem tlenem i dużym współczynnikiem tworzenia nadtlenków w tkance mózgowej (co jest zjawiskiem naturalnym) oraz wysoką zawartością wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w lipidach otaczających błonę komórkową
  • tkanka nerwowa jest uboga w enzymy antyoksydacyjne, a jednocześnie zawiera wysoki odsetek askorbinianu

6. Przewlekłe stany zapalne: Stres oksydacyjny inicjuje w organizmie zjawisko określane jako kaskada stanu zapalnego, zgodnie ze schematem:

H2O2 –> aktywacja czynnika transkrypcyjnego NFkB –> aktywacja cytokin stanu zapalnego (interleukin) –> wzrost ilości ROS

7. nowotwory (jako skutek przewlekłych stanów zapalnych oraz osłabienia układu odpornościowego)

Podsumowując, stres oksydacyjny to podłoże wielu schorzeń, wśród których należy wymienić:

zespół przewlekłego zmęczenia (CFS), demencja, choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, stwardnienie rozsiane, autyzm (zwłaszcza w połączeniu z jednoczesnym stresem nitrozacyjnym), przedwczesne starzenie się (w tym przedwczesne siwienie), miażdżyca, choroba niedokrwienna serca, cukrzyca, zespół metaboliczny i inne.

Medycyna mitochondrialna oraz nieodłącznie związana z nią dieta mitochondrialna (mitodieta) służy skutecznemu zwalczeniu oraz profilaktyce stresu oksydacyjnego poprzez:

– zwiększenie w diecie podaży substancji o charakterze antyoksydacyjnym

– zwalczenie lub maksymalne możliwe zminimalizowanie wszelkich istniejących stanów zapalnych

– ochronę mitochondriów oraz bogatych w mitochondria narządów, szczególnie narażonych na ataki ze strony wolnych rodników (mózg, wątroba, tkanka nerwowa)

– przywrócenie prawidłowego funkcjonowania enzymów antyoksydacyjnych takich jak SOD1, SOD2, SOD3 czy peroksydaza glutationowa oraz innych substancji endogennych o działaniu antyoksydacyjnym (glutation, kwas alfa – liponowy, ubichinon, itd.), głównie dzięki dostarczeniu organizmowi wystarczającej ilości wspomnianych substancji jak również kofaktorów wymienionych przed chwilą enzymów w tym np. miedzi, cynku, manganu oraz żelaza

– eliminację wszelkich możliwych czynników prooksydacyjnych, przede wszystkim poprzez maksymalne możliwe ograniczenie ekspozycji na wszelkiego rodzaju toksyczne ksenobiotyki

Zwalczenie stresu oksydacyjnego i / lub nitrozacyjnego, to warunek konieczny dla prawidłowego funkcjonowania mitochondriów, co z kolei w znaczący sposób wpływa na poprawę zdrowia fizycznego oraz psychicznego jak też pozwala na wydłużenie życia.

Autor: Sylwia Grodzicka

  1. Siems W., Kraemer, K.,Grune T., Oxidativer Stress Und Pharmaka, 2005, Govi
  2. Kuklinski, B., Medycyna mitochondrialna: objawy, diagnostyka oraz metody terapii, 2017
  3. www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/Stres-oksydacyjny/
  4. Feichtinger, T., Niedan – Feichtinger, S., Biochemie nach Dr SchuesslerbeiHauterkrankungenund Allergien, Karl F. Haug Verlag, 2005
  5. www.dkfz.de/de/presse/pressemitteilungen/2015/dkfz-pm-15-03-Oxidativer-Stress-Alternative-Zuckerverwertung-sichert-das-ueberleben-der-Zelle.php
  6. Behl, Ch., Ziegler, Ch., Molekulare Mechanismen der Zellalterung und ihre Bedeutung für Alterserkrankungen des Menschen, Springer, 2015