Stres oksydacyjny rozwija się w wyniku nadmiaru reaktywnych form tlenu (reactive oxygen species – ROS) i reaktywnych form azotu (reactive nitrogen species – RNS). Ale jedne i drugie (ROS i RNS) powstają w wyniku prawidłowych procesów metabolicznych, zachodzących w komórkach i – wbrew powszechnej opinii – pełnią wiele istotnych ról w organizmie. Problematyczny bywa dopiero ich nadmiar, zwłaszcza długotrwały. Stres oksydacyjny przyczynia się do utleniania białek, wpływając na zmianę ich struktury i zaburzając ich funkcje; odpowiada za utlenianie lipidów i uszkodzenia kwasów nukleinowych.
Czym jest stres oksydacyjny?
Tlen, którym oddychamy, jest pierwiastkiem niezbędnym do życia. W organizmie podlega on 4-etapowemu procesowi redukcji, który prowadzi do powstania cząsteczki wody. Produkty niecałkowitej redukcji cząsteczki tlenu to tzw. reaktywne formy tlenu. Do tej grupy należą wolne rodniki tlenowe, które reagują z białkami komórkowymi, lipidami, cukrami, kwasami nukleinowymi. W konsekwencji tworzą się kolejne produkty wolnorodnikowe, np. szczególnie reaktywny rodnik hydroksylowy.
Organizm może w pewnych okolicznościach zwiększyć produkcję reaktywnych form tlenu, przyczyniając się do ich nadmiaru. Czasem antyoksydanty (związki przeciwutleniające) zwyczajnie nie radzą sobie z ich utylizacją. Na tzw. „przeciwutleniacze” składają się substancje endogenne (wewnątrzustrojowe, np. peroksydaza glutationowa, tlenek azotu) i egzogenne (dostarczane z zewnątrz, np. witaminy C i E, selen). Niedobór antyoksydantów może prowadzić do stresu oksydacyjnego. Jeśli nadmiar reaktywnych form tlenu i azotu jest stanem przejściowym, najczęściej nie działa toksycznie na komórki. Jednak przewlekły stres oksydacyjny prowadzi do uszkodzeń struktur komórkowych, zwłaszcza mitochondriów i DNA. Za powstawanie wolnych rodników odpowiadają też czynniki zewnętrzne, m.in. dym tytoniowy, używki, promieniowanie UV i jonizujące, nieprawidłowa dieta, zanieczyszczenie środowiska, przewlekły stres i nadmierny wysiłek fizyczny.
Rola wolnych rodników i antyoksydantów w organizmie
Reaktywne formy tlenu i azotu (RONS, reactive oxygen and nitrogen species) powstają w wyniku wielu procesów biologicznych. W warunkach zdrowia pełnią funkcję mediatorów i regulatorów, a więc – mówiąc w uproszczeniu – wspierają prawidłowe działanie komórek. Wpływają m.in. na różnicowanie komórek, aktywują geny, działają rozszerzająco lub kurcząco na ścianę naczyń krwionośnych, stymulują transport glukozy do komórek i serotoniny do płytek krwi. Uczestniczą w przekazywaniu sygnałów do i wewnątrz komórek, biorą nawet udział w procesach obronnych organizmu. Sęk w tym, że ich rola zależy od stężenia oraz czasu działania. Ta sama substancja w nadmiarze zmienia się z pożytecznej
i ochronnej w destrukcyjny związek, który niszczy inne komórki.
Oczywiście organizm dysponuje skutecznymi mechanizmami, które nie pozwalają, by sytuacja wymknęła się spod kontroli. Funkcję „strażnika” pełni sprawny system obrony antyoksydacyjnej (enzymatyczny i nieenzymatyczny). Zaburzenie jego funkcjonowania oznacza koniec równowagi między procesami oksydacyjnymi i antyoksydacyjnymi zachodzącymi w komórce. W konsekwencji rozwija się stres oksydacyjny.
Jak organizm chroni się przed stresem oksydacyjnym?
System antyoksydacyjny zapobiega reakcjom reaktywnych form tlenu ze składnikami komórek, dąży do przerwania reakcji wolnorodnikowych i odpowiada za usuwanie ich skutków. W jaki sposób? Dzięki enzymatycznym i nieenzymatycznym mechanizmom antyoksydacyjnym.
Istnieją 3 podstawowe elementy obrony antyoksydacyjnej organizmu. Enzymy są pierwszą linią obrony, która neutralizuje reaktywne formy tlenu.
Na nieenzymatyczne mechanizmy systemu antyoksydacyjnego składają się antyoksydanty małocząsteczkowe (o małej masie cząsteczkowej, np. witaminy C, E), które stanowią drugą linię obrony. Antyoksydanty te konkurują z innymi związkami narażonymi na utlenianie przez wolne rodniki. Co to znaczy? Po prostu same wchodzą w reakcję z reaktywnymi formami tlenu. W rezultacie powstają związki znacznie mniej reaktywne niż te, które utworzyłyby się np. w wyniku utleniania lipidów. W ten sposób antyoksydanty małocząsteczkowe przerywają łańcuchowe reakcje wolnorodnikowe i zapobiegają utlenianiu kolejnych, biologicznie czynnych związków. Trzecia linia obrony, czyli enzymy naprawcze, odpowiada za naprawę uszkodzeń, do których przyczynił się stres oksydacyjny.
Duży udział w „wychwytywaniu” i unieszkodliwianiu reaktywnych form tlenu i azotu mają też białka osocza krwi (np. albuminy), poza tym w neutralizacji wolnych rodników pomagają pochodne estradiolu i kwas moczowy.
W odpowiedzi na stres oksydacyjny na pomoc wyrusza nie jeden antyoksydant, ale cały zespół związków przeciwutleniających. Dlaczego? Ponieważ ten sam rodnik może wywierać negatywny wpływ na wiele różnych struktur. Substancje antyoksydacyjne mają swoje „specjalizacje”, np. kwas askorbinowy przeciwdziała utlenianiu lipidów spowodowanemu przez palenie tytoniu, ale nie może zrobić nic w sprawie uszkodzeń białek osocza.
Jak zapobiegać nadmiarowi wolnych rodników w organizmie?
Na sprawność systemu antyoksydacyjnego organizmu wpływają m.in. antyoksydanty egzogenne, które najczęściej pochodzą z pożywienia. Jakie związki przeciwutleniające powinny znaleźć się w naszej diecie? Na pewno witaminy, zwłaszcza A, C i E, poza tym flawonoidy, karoteny, cynk i selen.
W jadłospisie nie może zabraknąć niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych. Cenne kwasy omega-3, które wspierają prawidłowe działanie układu sercowo-naczyniowego, zawarte są w orzechach włoskich, siemieniu lnianym, tłustych rybach morskich i olejach roślinnych. Można też włączyć do diety żywność wzbogacaną w nienasycone kwasy tłuszczowe (np. wysokiej jakości margaryny miękkie Optima Omega3, Optima DHA).
Marchewka, czerwona papryka, szpinak, sałata, jarmuż i natka pietruszki obfitują w beta-karoten czyli prowitaminę A. Ryby, produkty mleczne, jaja, podroby dostarczają witaminę A (retinol). Dobrymi źródłami witaminy C i związków flawonowych są owoce cytrusowe, dzika róża, truskawki, aronia, borówki, czarna porzeczka, czosnek i pomidory. W orzechach, nasionach i olejach roślinnych znajdziemy witaminę E. Dzięki pestkom dyni, migdałom, roślinom strączkowym i produktom zbożowym wzbogacimy dietę w cynk, a sery, podroby, jaja, ryby i owoce morza, orzechy brazylijskie, kasza gryczana, banany i brokuły uzupełnią ją w selen.
Czytaj także: Jaja a cholesterol – czy jajka podnoszą cholesterol?
Co poza tym? Prowadźmy zdrowy tryb życia, rzućmy palenie, zadbajmy o systematyczną, dopasowaną do wieku i stanu zdrowia aktywność fizyczną. Unikajmy nadmiernej ekspozycji na słońce i pamiętajmy o stosowaniu kremów z filtrem ochronnym. Nauczmy się panować nad stresem – istnieją liczne techniki relaksacyjne, które mogą to ułatwić.
Przewlekły stres oksydacyjny – konsekwencje
Lista chorób, u podstaw których leżeć może nadmierny stres oksydacyjny, jest bardzo długa. Najczęściej wymienia się miażdżycę, nadciśnienie tętnicze, cukrzycę i nowotwory. Za rozwój miażdżycy odpowiadają m.in zaburzenia funkcji śródbłonka naczyń oraz aktywacja i nadmierne „sklejanie się” płytek krwi. Jednak najważniejszym czynnikiem nasilający postęp miażdżycy jest nagromadzenie utlenionych lipoprotein o niskiej gęstości, czyli „złego” cholesterolu LDL. Za niekorzystne zmiany cząsteczek LDL we krwi odpowiadają wolne rodniki tlenowe, które nie tylko utleniają lipoproteiny, ale uszkadzają śródbłonek naczyń krwionośnych, upośledzając jego funkcję. Konsekwencją tych procesów jest blaszka miażdżycowa.
Tlenek azotu należy do najaktywniejszych substancji rozszerzających naczynia krwionośne (zapobiega też agregacji płytek krwi). Jego niedobór może być skutkiem stresu oksydacyjnego. Aktywne formy tlenu odpowiadają za nadmierną degradację pożytecznego tlenku, co najprawdopodobniej przyczynia się do rozwoju nadciśnienia tętniczego.
Stres oksydacyjny w cukrzycy jest rezultatem zwiększonego stężenia glukozy, która może reagować z białkami, prowadząc w ten sposób do uwolnienia nadmiaru wolnych rodników tlenowych.
U podstaw zmian nowotworowych leżeć mogą uszkodzenia DNA w komórkach poddanych stresowi oksydacyjnemu.
Dowiedziono, że reaktywne formy tlenu uczestniczą w licznych procesach patologicznych, ale nie ponoszą winy za wszystkie niekorzystne zmiany w komórkach. Naukowcy zgodnie podkreślają, że konieczne są dalsze, duże badania z udziałem ludzi. Równowaga oksydacyjno-antyoksydacyjna, jej zaburzenia i ich wpływ na organizm to niezwykle złożone i skomplikowane procesy, które wciąż skrywają wiele tajemnic.
Bibliografia
- Sarniak A., Lipińska J., Tytman K. et al. Endogenne mechanizmy powstawania reaktywnych form tlenu (ROS). Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej 2016; 70: 1150–1164.
- Nuszkiewicz J., Kwiatkowska A., Majko K. et al. Stres oksydacyjny i stan zapalny a rozwój otyłości: protekcyjne działanie melatoniny. Problemy Higieny i Epidemiologii 2017, 98(3): 226–232.
- Widecka K. Protekcyjny wpływ nebiwololu na prewencję uszkodzeń narządowych w nadciśnieniu. Arterial Hypertension 2018; 22 (1): 1–8.
- Łuszczewski A., Matyska-Piekarska E., Trefler J. et al. Reaktywne formy tlenu – znaczenie w fizjologii i stanach patologii organizmu. Reumatologia 2007; 45, 5: 284–289.
- Bańkowski E. Biochemia: podręcznik dla studentów uczelni medycznych. Wydawnictwo Edra Urban & Partner, Wrocław 2016.
- Gajewski P., Szczeklik A. Interna Szczeklika 2017. Wydawnictwo Medycyna Praktyczna, Kraków 2017.
- Szczeklik A., Tendera M. Kardiologia. Podręcznik oparty na zasadach EBM. Wydawnictwo Medycyna Praktyczna, Kraków 2009.
- Karolkiewicz J. Wpływ stresu oksydacyjnego na strukturę i funkcję komórek oraz konsekwencje wynikające z uszkodzeń wolnorodnikowych – związek z procesami starzenia. Gerontologia Polska 2011; 19, 2: 59–67.
