Stres oksydacyjny

W pewnych warunkach fizjologiczna ochrona przed wolnymi rodnikami jest niewystarczająca. Wiele czynników upośledza naturalną ochronę antyoksydacyjną organizmu. Należą do nich m.in. złe nawyki żywieniowe, zanieczyszczenie środowiska i nieprawidłowy tryb życia.

Tlen przynosi organizmowi zarówno korzyści, jak i szkody. Z jednej strony przez oddychanie umożliwia komórkom uzyskiwanie energii, a z drugiej może uszkadzać ich składniki. Oddychanie należy rozumieć jako szereg reakcji enzymatycznych, w wyniku których z substancji organicznych powstaje ostatecznie dwutlenek węgla i woda, a także uwalnia się energia niezbędna do „opłacania” kosztów energetycznych innych reakcji.

Całkowita redukcja cząsteczki tlenu oznacza przyłączenie do niej czterech elektronów i protonów, w wyniku czego powstają dwie cząsteczki wody. Cząsteczka tlenu nie zawsze jednak ulega pełnej czteroelektronowej redukcji, tworząc reaktywne formy tlenu (RFT), zwane popularnie wolnymi rodnikami tlenowymi. Może to być tlen singletowy, ozon, rodnik wodoronadtlenkowy, anionorodnik ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru, rodnik wodorotlenowy i inne, takie jak: tlenek czy dwutlenek azotu.

Ogólne stężenie RFT i szybkość reakcji RFT uszkadzających składniki komórki zależą od poziomu równowagi pomiędzy szybkością wytwarzania wolnych rodników a stężeniami antyoksydantów niskocząsteczkowych (jak glutation) czy aktywnością enzymów ochronnych (jak dysmutaza ponadtlenkowa). Zaburzenie tej homeostazy prowadzącej do podwyższenia stacjonarnych stężeń RFT określa się mianem stresu oksydacyjnego.

Źródła RFT
W prawidłowo funkcjonujących mitochondriach komórkowych 1-5 proc. tlenu cząsteczkowego ulega niekompletnej redukcji z wytworzeniem reaktywnych form tlenu jako produktów ostatecznych redukcji: jednoelektronowej z wytworzeniem rodnika ponadtlenkowego, dwuelektronowej z wytworzeniem cząsteczki nadtlenku wodoru i trójelektronowej wytwarzającej rodnik wodorotlenowy.

Istnieją również patologiczne źródła wolnych rodników, które mogą prowadzić do nadmiernego ich wytwarzania. Należy tu wymienić procesy zapalne, zwyrodnieniowe, intensywny wysiłek fizyczny czy ogólne stany stresowe. Wzrostowi liczby wolnych rodników sprzyjają również: palenie papierosów, promieniowanie ultrafioletowe, działanie różnego rodzaju toksyn (np. leki, alkohol, toksyny bakteryjne, włókna azbestu) czy wreszcie niedobór składników ochronnych (np. awitaminoza).

Zadania wolnych rodników
Sprawnie funkcjonujący organizm doskonale radzi sobie z wolnymi rodnikami i potrafi je wykorzystywać do pożytecznych celów. Na przykład mogą one brać udział w detoksykacji organizmu z wielu substancji (np. leków), w działaniu fagocytarnym komórek, walce z pasożytami, aktywności bakteriobójczej różnych wydzielin organizmu (śliny czy pokarmu kobiecego). Mogą także odgrywać rolę przekaźników metabolicznych wewnątrz komórki i w procesach sygnalizacji międzykomórkowej.

Szkodliwe działanie
Z drugiej strony RFT mogą prowadzić do zwiększenia prawdopodobieństwa uszkodzeń na poziomie molekularnym, komórkowym, tkankowym czy narządowym. Może się to przyczynić do powstania chorób ogólnoustrojowych.

Najlepiej poznano interakcje między wolnymi rodnikami a tłuszczami, które – ze względu na obecność wiązań nienasyconych – są szczególnie podatne na procesy peroksydacji (utlenienia). Procesy te prowadzą do degradacji błon komórkowych i lipidów osocza oraz wytwarzania nowych reaktywnych form tlenu. W warunkach dużego nasilenia peroksydacji wielonienasyconych lipidów błonowych następuje uszkodzenie błony komórkowej, a w konsekwencji nawet śmierć komórki.

Wolne rodniki mogą również powodować uszkodzenia białek na drodze inaktywacji enzymów, uszkodzenia białek transportujących czy błonowych. Modyfikacja zasad azotowych będących składnikami kwasów nukleinowych może powodować różnego rodzaju uszkodzenia prowadzące do zmian nowotworowych.

Mechanizmy ochronne
Tworzenie się niemal we wszystkich komórkach naszego organizmu reaktywnych form tlenu wykształciło szereg mechanizmów obronnych. Polegają one na niedopuszczeniu do powstawania RFT, detoksykacji aktywnych form tlenu przy udziale tzw. wymiataczy wolnych rodników, a także usuwaniu skutków reakcji RFT z biomolekułami.

Do prawidłowego działania tych mechanizmów, oprócz czynników fizjologicznych, potrzebne jest zapewnienie odpowiedniej ilości substancji antyoksydacyjnych. Oprócz stosowania przeciwutleniaczy, w walce z wolnymi rodnikami ważny jest także właściwy tryb życia.

Antyoksydanty
Lista związków, które można zaliczyć do antyoksydantów wydłuża się w miarę prowadzonych badań. Związki te można podzielić na: antyoksydanty enzymatyczne, nieenzymatyczne, związki wiążące metale przejściowe, czyli żelazo i miedź, oraz niektóre metale przejściowe (patrz ramka).

Bardzo ważną grupą antyoksydantów są przeciwutleniacze roślinne. Zaliczamy do nich: polifenole, witaminy C i E, karotenoidy, jednonienasycone kwasy tłuszczowe, a także część składników olejków eterycznych. Szczególne znaczenie mają związki aromatyczne z grupami hydroksylowymi (polifenole), które mają lepsze działanie antyoksydacyjne niż witaminy C i E.

W planowaniu odpowiedniej diety, zawierającej wiele przeciwutleniaczy, nie należy zapominać o mikroelementach wchodzących w skład enzymów usuwających RFT, zwłaszcza o selenie niezbędnym w peroksydazie glutationowej.

Badania udowodniły, że najwyższą wartość jako wymiatacze rodnika hydroksylowego mają polifenole – pochodne katechin zawarte w zielonej herbacie. Związki polifenolowe znajdują się również w czerwonym winie. Dlatego we Francji przy dużym spożyciu tego trunku – pomimo dużego spożycia tłuszczów – znacznie rzadziej występuje choroba niedokrwienna serca. Problem jest jednak złożony, ponieważ wykazano, że jedną z przyczyn marskości wątroby w chorobie alkoholowej jest mechanizm rodnikowy.

Wielu naukowców uważa, że niekontrolowane spożywanie witamin znanych jako wymiatacze wolnych rodników może być niebezpieczne. W przypadku witaminy C istnieją doniesienia, że duże dawki askorbinianu mogą wzmagać odkładanie się kamieni nerkowych czy tworzenie się zaćmy. Z kolei hiperwitaminoza A może powodować np. zwiększenie ryzyka choroby Alzheimera.

#Podział antyoksydantów

• antyoksydanty enzymatyczne – dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationowa
• antyoksydanty nieenzymatyczne – witaminy E, A i C, glutation, ubichinon
• związki wiążące żelazo i miedź (metale te katalizują reakcje powstawania reaktywnych form tlenu) – zewnątrzkomórkowe (jak albumina), wewnątrzkomórkowe (jak ferrytyna)
• niektóre metale przejściowe (np. cynk czy selen) działające jako kofaktory enzymów antyoksydacyjnych