Stres oksydacyjny: przyczyny, objawy i skutki dla organizmu. Zasady profilaktyki

Tlen jest pierwiastkiem niezbędnym do życia, choć początkowo był dla organizmów bardzo toksyczny. Dopiero ewolucja sprawiła, że stał się podstawą procesów życiowych, a naturalnym skutkiem jego wykorzystywania w komórkach są reaktywne formy tlenu. W warunkach fizjologicznych cząsteczki te są nam potrzebne – służą jako biologiczne przekaźniki sygnałów oraz skuteczna broń układu odpornościowego w walce z patogenami. Jednak zaburzenie funkcjonowania organizmu, wynikające na przykład z dysfunkcji mitochondriów, przewlekłych stanów zapalnych czy obciążeń środowiskowych, sprawia, że nasze naturalne systemy obronne przestają sobie z nimi radzić. Dochodzi wówczas do rozwoju stresu oksydacyjnego, który stopniowo uszkadza komórki, odbiera nam energię i staje się podłożem wielu poważnych chorób.

Czym jest stres oksydacyjny?

Stres oksydacyjny (ang. oxidative stress) to stan niebezpiecznej nierównowagi w organizmie pomiędzy produkcją reaktywnych form tlenu (ROS – z ang. Reactive Oxygen Species) a  jego naturalnymi systemami obronnymi.  Pod pojęciem ROS kryje się szeroka grupa wysoce aktywnych chemicznie cząsteczek, które dzielą się na dwie główne kategorie:

• wolne rodniki
• związki o charakterze nierodnikowym

            Wolne rodniki – takie jak anionorodnik ponadtlenkowy czy wyjątkowo agresywny rodnik hydroksylowy – to skrajnie niestabilne molekuły, które błyskawicznie wchodzą w destrukcyjne reakcje utleniania z makrocząsteczkami biologicznymi, uszkadzając lipidy błonowe, białka strukturalne i enzymatyczne oraz kwasy nukleinowe. Z kolei związki nierodnikowe, na przykład nadtlenek wodoru, charakteryzujące się nieco większą stabilnością, wykazują silne właściwości utleniające i z łatwością stymulują powstawanie nowych rodników.

Czy wolne rodniki zawsze szkodzą?

Zjawisko wytwarzania ROS ma swój początek w podstawowym procesie dającym życie – oddychaniu. Około 2 do 3% wdychanego przez nas tlenu ulega ciągłemu przekształceniu w utleniacze. W wąskich, ściśle kontrolowanych stężeniach cząsteczki te są komórkom absolutnie niezbędne do przetrwania. Pełnią rolę biologicznych przekaźników: biorą udział w usuwaniu leków z organizmu, transporcie glukozy, skurczach mięśni, wydzielaniu hormonów i regulacji napięcia naczyniowego. Ściśle współpracują też z układem odpornościowym, pobudzając limfocyty T oraz służąc komórkom żernym (fagocytom) jako skuteczna broń do niszczenia chorobotwórczych patogenów.

Czym jest potencjał antyoksydacyjny?

Potencjał antyoksydacyjny to naturalna tarcza obronna organizmu, która trzyma te wysoce reaktywne molekuły w ryzach. Opiera się ona na precyzyjnym, trójstopniowym systemie zabezpieczeń. W pierwszej kolejności dedykowane enzymy hamują zagrożenie u samego źródła. Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) rozkłada spontanicznie reagujące rodniki do nadtlenku wodoru, a ten z kolei jest sprawnie neutralizowany przez katalazę i peroksydazę glutationową. Druga linia obrony opiera się na błyskawicznym przechwytywaniu i neutralizowaniu utleniaczy, zanim zdążą one zaatakować struktury komórkowe. Rolę tę pełnią przeciwutleniacze, takie jak witamina C, witamina E czy glutation. Gdy bariery te ulegną przełamaniu, do akcji wkraczają ostateczne mechanizmy naprawcze. Ich zadaniem jest usuwanie szkód wyrządzonych przez wolne rodniki, w tym precyzyjna naprawa uszkodzonych nici jądrowego DNA oraz mitochondrialnego mtDNA.

Równowaga: Procesy antyoksydacyjne=Procesy oksydacyjne

Reklama

Q10 classic MSE Sprawdź

Miedź MSE dr Enzmann Sprawdź

QuinoMit Q10® Fluid z Selenem MSE Sprawdź

Cynkomit MSE Sprawdź

Mangan MSE Sprawdź

Przyczyny stresu oksydacyjnego

Stres oksydacyjny powstaje w momencie, gdy organizm traci zdolność bilansowania nadmiaru utleniaczy. Przewaga agresywnych cząsteczek skutkuje niszczeniem kwasów tłuszczowych, białek oraz nukleotydów. Gdzie leży pierwotne źródło tego problemu?

Jak podaje dr Bodo Kukliński, jedną z głównych przyczyn zwiększonej syntezy ROS jest dysfunkcja mitochondriów. Mitochondria to miniaturowe „elektrownie” komórkowe, których podstawowym zadaniem jest produkcja ATP (adenozynotrifosforanu) – uniwersalnego nośnika energii, napędzającego wszystkie procesy życiowe organizmu. Proces pozyskiwania tej energii odbywa się w strukturze zwanej mitochondrialnym łańcuchem oddechowym, a jego naturalnym efektem ubocznym jest uwalnianie pewnej puli ROS. Problem pojawia się w momencie, gdy mitochondria ulegają starzeniu lub uszkodzeniu. Dochodzi w nich wówczas do patologicznej blokady przepływu elektronów, przez co te niesprawne organella zaczynają generować nieproporcjonalnie więcej agresywnych rodników niż ich młode, w pełni zdrowe odpowiedniki.     

Kolejnym istotnym czynnikiem indukującym stres oksydacyjny są przewlekłe stany zapalne. Aktywowane w ich przebiegu komórki żerne (przede wszystkim neutrofile i makrofagi) generują w mechanizmie wybuchu tlenowego znaczne ilości nadtlenku wodoru. Przedłużający się proces wyczerpuje lokalne rezerwy antyoksydacyjne. Ten stan zapalny drastycznie potęgują błędy dietetyczne. Nadmiar węglowodanów w warunkach trwającego stresu oksydacyjnego stanowi dla komórek potężne obciążenie. Obecny w tkankach nadtlenek wodoru silnie utlenia i dezaktywuje enzym GAPDH (dehydrogenazę aldehydu 3-fosfoglicerynowego), niezbędny do prawidłowego przebiegu glikolizy. W efekcie metabolizm węglowodanów zostaje zablokowany, a produkcja energii w postaci ATP (adenozynotrifosforanu) gwałtownie spada. Prowadzi to do głębokiego komórkowego deficytu energetycznego, który osłabia systemy naprawcze i utrudnia wygaszanie stanów zapalnych.

Zjawisko stresu oksydacyjnego jest nieustannie napędzane przez szeroką grupę obciążeń środowiskowych i cywilizacyjnych. Wspomniany wcześniej mechanizm, w którym pobudzone komórki odpornościowe uwalniają znaczne ilości nadtlenku wodoru, bywa z łatwością inicjowany z zewnątrz. Doskonałym tego przykładem jest czynne oraz bierne palenie papierosów. Dym tytoniowy bezpośrednio aktywuje makrofagi, wyzwalając poprzez ich działanie cytotoksyczne kaskadę stanu zapalnego i pobudzając do działania kolejne komórki żerne (fagocyty). Prowadzi to do spadku elastyczności tkanki płucnej, co stanowi istotny czynnik ryzyka rozwoju raka płuc. Poważnym obciążeniem dla organizmu jest kontakt z ksenobiotykami, czyli wszelkimi związkami chemicznymi obcymi dla organizmu. Ich metabolizm mocno obciąża układy detoksykacyjne i stanowi potężne źródło wolnych rodników. Do tej grupy zalicza się chemię środowiskową (składniki smogu, środki owadobójcze i roślinobójcze) oraz metale ciężkie. Ksenobiotykami o silnym działaniu prooksydacyjnym są również niektóre leki, w tym antybiotyki z grupy tetracyklin, cytostatyki, preparaty z L-DOPA czy środki antykoncepcyjne. Równowagę oksydacyjną zaburza ponadto regularne spożywanie alkoholu. Z kolei fizyczne czynniki zewnętrzne, takie jak nadmierne promieniowanie UV (słońce, solarium) czy promieniowanie rentgenowskie uderzają bezpośrednio w kod genetyczny, utleniając niezwykle wrażliwe składowe DNA (guaninę i tyminę).

Istotnym obciążeniem dla organizmu jest długotrwały stres psychiczny. Przewlekłe napięcie nerwowe skutkuje podwyższeniem poziomu hormonów stresu (w tym kortyzolu), które zaburzają homeostazę metaboliczną organizmu. Wynikające z tego przeciążenie gospodarki węglowodanowej oraz osłabienie funkcji immunologicznych wtórnie nasilają produkcję wolnych rodników i sprzyjają utrzymywaniu się przewlekłych stanów zapalnych.

Złożony charakter ma natomiast wpływ aktywności fizycznej na równowagę oksydacyjną. Umiarkowany sport stanowi źródło fizjologicznego stresu, działającego jako precyzyjny bodziec adaptacyjny. Wymusza mobilizację naturalnych systemów obronnych, co trwale wzmacnia komórkowe bariery antyoksydacyjne. Skrajnie odmienne skutki przynosi wyczynowy, nadmierny wysiłek fizyczny. Zbyt intensywna praca mięśni, połączona z brakiem adekwatnej regeneracji, prowadzi do szybkiego wyczerpania endogennych układów antyoksydacyjnych. W efekcie sport z czynnika prozdrowotnego staje się bezpośrednim obciążeniem, które potęguje stres oksydacyjny i sprzyja uszkodzeniom tkankowym.

Objawy i skutki stresu oksydacyjnego

Przewlekły stres oksydacyjny rzutuje na funkcjonowanie organizmu na długo przed kliniczną manifestacją konkretnych schorzeń. Symptomy świadczące o tym stanie nie są jednak specyficzne, co oznacza, że pokrywają się z obrazem klinicznym wielu innych jednostek chorobowych. Do najczęstszych objawów stresu oksydacyjnego należą:

• osłabienie,
• senność,
• bóle i zawroty głowy,
• bóle mięśni i stawów,
• problemy trawienne,
• zmiany skórne,
• stany zapalne.

U podłoża tych dolegliwości leżą bezpośrednie uszkodzenia mitochondriów. Pod wpływem niszczącego działania ROS organella te tracą wydolność i nie dostarczają ilości energii niezbędnej do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Na poziomie biochemicznym dochodzi do rozprzężenia łańcucha oddechowego i spadku potencjału błony mitochondrialnej. Synteza ATP (adenozynotrifosforanu) – podstawowego nośnika energii w procesach oddychania komórkowego – drastycznie słabnie. To właśnie ten narastający komórkowy kryzys energetyczny objawia się jako wyczerpanie. Gdy deficyt ten przybiera formę przewlekłą, dochodzi do trwałego uszkodzenia komórek, a problem przestaje ograniczać się wyłącznie do spadku witalności i przeradza w patomechanizm napędzający pełnoobjawowe schorzenia. Przekłada się to bezpośrednio na zwiększone ryzyko utraty integralności materiału genetycznego i inicjacji zmian patologicznych. Długotrwały stres oksydacyjny prowadzi bowiem do uszkodzeń DNA oraz mutacji, odgrywając znaczącą rolę w procesie nowotworzenia (m.in. w przebiegu białaczek limfoblastycznych oraz nowotworów piersi, płuc, żołądka, jelita grubego i wątroby).   

Związek niszczącego działania wolnych rodników z pogorszeniem stanu zdrowia wykracza poza onkologię. Dobrze udokumentowany jest udział stresu oksydacyjnego w rozwoju chorób, takich jak:

• choroby układu nerwowego i neurodegeneracyjne: długoletni wysoki poziom stresu oksydacyjnego uszkadza struktury układu nerwowego i odgrywa istotną rolę w patogenezie choroby Parkinsona oraz choroby Alzheimera. Stan ten powiązany jest również z demencją, stwardnieniem rozsianym, zespołem przewlekłego zmęczenia (CFS) oraz autyzmem (szczególnie w przypadku współistnienia silnego stresu nitrozacyjnego);
• choroby układu krążenia: ROS biorą czynny udział w formowaniu blaszki miażdżycowej oraz inaktywują tlenek azotu, co sprzyja rozwojowi nadciśnienia tętniczego. Mechanizmy te leżą u podstaw uogólnionej miażdżycy oraz choroby niedokrwiennej serca;
• zaburzenia metaboliczne: przewlekły stres oksydacyjny negatywnie wpływa na gospodarkę węglowodanowo-lipidową organizmu, sprzyjając rozwojowi insulinooporności, cukrzycy typu 2 czy zespołu metabolicznego.
• choroby autoimmunologiczne i przewlekłe stany zapalne: zaburzona homeostaza napędza patogenezę m.in. reumatoidalnego zapalenia stawów i tocznia rumieniowatego, a także zaostrza przebieg takich schorzeń jak wirusowe zapalenia wątroby, atopowe zapalenie skóry czy nieswoiste zapalenia jelit;
• przyspieszone procesy starzenia się organizmu: stres oksydacyjny nasila degenerację komórek skóry i napędza przedwczesne starzenie, czego jednym z widocznych objawów jest wczesne siwienie.

Leczenie stresu oksydacyjnego

Znane powiedzenie „lepiej zapobiegać niż leczyć” świetnie wpisuje się w problematykę stresu oksydacyjnego, w którego profilaktyce ważną rolę odgrywa medycyna mitochondrialna oraz powiązana z nią mitodieta. Działania zapobiegawcze nie są skomplikowane. Przede wszystkim należy nieznacznie zmodyfikować swój styl życia poprzez wzbogacenie diety w produkty zawierające duże ilości mikroskładników i antyoksydantów. Bogate w przeciwutleniacze są różnorodne orzechy, a także owoce i warzywa – w szczególności te o intensywnych kolorach. Związki o działaniu przeciwutleniającym to nie tylko kojarzące się z tym działaniem witaminy (A, C, E), ale także obecne w roślinach flawonoidy, karotenoidy, antocyjany. Do niezwykle silnych antyoksydantów zalicza się również mniej znane związki, takie jak glutation, kwas alfa-liponowy oraz koenzym Q10. W profilaktyce ważną rolę odgrywa zwalczanie lub maksymalne zminimalizowanie wszelkich istniejących stanów zapalnych. Niezbędna jest także ochrona mitochondriów oraz narządów szczególnie bogatych w te struktury, takich jak mózg, wątroba czy serce, które są mocno narażone na ataki wolnych rodników. Istotnym elementem tego procesu pozostaje eliminacja czynników prooksydacyjnych, co osiąga się przede wszystkim poprzez ograniczenie ekspozycji na toksyczne ksenobiotyki. Ochronę organizmu przed ROS wspiera ponadto unikanie przewlekłego napięcia nerwowego i przemęczenia, dbanie o odpowiednią regenerację oraz regularna aktywność fizyczna.      

Postępowanie terapeutyczne w przypadku już rozwiniętego stresu oksydacyjnego wymaga precyzyjnej diagnostyki. Wykonanie celowanych badań krwi pozwala określić biochemiczną przyczynę problemu. Jak podkreśla dr Bodo Kukliński, skuteczność terapii w dużej mierze zależy od indywidualnych uwarunkowań genetycznych pacjenta. Dobrym przykładem jest występujący u niektórych osób polimorfizm genu kodującego enzymy antyoksydacyjne, takie jak SOD1, SOD2 czy SOD3, co znacznie zwiększa podatność na załamanie bariery antyoksydacyjnej. Stan ten można jednak skutecznie korygować, przywracając prawidłowe funkcjonowanie tych enzymów oraz dostarczając organizmowi odpowiednich substancji i niezbędnych kofaktorów – w tym miedzi, cynku, manganu lub stosując standaryzowane wyciągi z miłorzębu lekarskiego.

Zależności te doskonale obrazuje przypadek kliniczny opisany w książce dr. Kuklińskiego:

„W organizmie pani J. występowała ogromna kwasica mleczanowa, będąca skutkiem zaburzenia przemiany pirogronianu. Dzięki suplementacji obu pierwiastków śladowych, dolegliwości ustąpiły, a w efekcie zniknął także liszaj sromu. Pani J. odczuła pozytywne działanie manganu oraz cynku już po tygodniu przyjmowania odpowiednich preparatów.”

Podsumowanie

Przewlekły stres oksydacyjny to stan, który nierozpoznany prowadzi do poważnych zaburzeń funkcjonowania organizmu oraz rozwoju wielu chorób. Zwiększona świadomość dotycząca jego przyczyn, objawów i skutków umożliwia wdrożenie odpowiedniej profilaktyki, której podstawą jest dieta bogata w antyoksydanty oraz celowana suplementacja. Dostarczenie organizmowi niezbędnych mikroskładników kompleksowo wzmacnia wewnątrzkomórkowe mechanizmy obronne i naprawcze, natomiast wygaszanie stanów zapalnych, unikanie toksyn oraz dbałość o regenerację chronią tkanki przed kolejnymi uszkodzeniami. Działania te pozwalają odzyskać równowagę metaboliczną i skutecznie zahamować niszczący wpływ nadmiaru wolnych rodników. Przekłada się to bezpośrednio na poprawę zdrowia fizycznego i psychicznego, a także sprzyja wydłużeniu życia.